Fysik 2 (Uppdrag 3)

Hej! Här kommer ännu en goding! Goooooood luck! 

  • Utträdesarbetet för fotoeffekt är 4,3 eV för en metall. Efter belysning med monokromatiskt ljus får de snabbaste fotoelektronerna rörelseenergin 1,1 eV.
    Hur stor energi hade fotonerna?

 

  • En satellit går i en cirkelbana 500 km över jordytan. Bestäm satellitens omloppstid. Hur mycket ändras omloppstiden om banans radie ökas till det dubbla? Det tredubbla?

Redovisa din lösning nedan!

Uppgiften ovan redovisar endast en begränsad mängd DATA som inte är tillräcklig för att lösa uppgiften. Dock men hjälp av olika konstanter är det möjligt att söka sig till ett svar.

Vad man direkt kan konstatera är att radien som ska används i beräkningarna och anges ovan inte stämmer då man är intresserad av avståndet till centralpunkten i själva centripetalkraften. Då jordens storlek har betydelse för denna uträkning krävs alltså radien på jorden + radien mellan jordens yta och satelliten som i detta fall är 5*10^5m. Bilden nedan illustrerar mitt sammanhang.

F31

Därav så kan DATA sammanställas.
rtot=rj+r à 5*10^5+6,37*10^6=687*10^4 m
G = 6,67·10-11 N·m2/kg2
Jordens massa M = 5,97*10^24

Formeln för att beräkna hastighet i v2 = (G M)/r vilket i detta fall skulle ge à (6,67·10-11 * 5,97*10^24)/687*10^4= 7613 m/s

I och med att hastigheten har noterats så kan den användas för att ta fram omloppstiden för den aktuella satelliten genom en välkänd formeln v=s/T där T är omloppstiden. I och med att ekvationen nu endast har en okänd variabel så är det fullt möjligt att bryta ut den så att T=s/v à 2 à 2**687*10^4/7613 = 5669 sekunder. Ca 1,5 timmar.

För att räkna på det dubbla eller trippla radien så lägger vi in det i ekvationerna.
vr*2= (6,67·10-11 * 5,97*10^24)/(2*687*10^4)=5282 m/s
Tr*2= 2**687*10^4/5282= 16032 s

vr*3= (6,67·10-11 * 5,97*10^24)/(3*687*10^4)=4394 m/s
Tr*3= 2**687*10^4/4394= 29456 s

Vad som utgår ifrån uträkningarna att ju hastigheten sjunker ju större radien är. Sett till alla våra 3 uträkningar så var det när r=687*10^4 som vi fick högst hastighet. Detta kan förklaras med att ju närmre jorden satelliten är desto mer påverkas den av jordens dragningskraft och kräver därför en högre hastighet för att hålla sig i omloppsbanan och inte dras in.

 

  • Månen rör sig runt jorden i en bana som vi förutsätter vara cirkulär med radien m. Det tar ungefär 27 dygn för månen att fullborda ett varv runt jorden. Gravitationskonstanten är  .

Bestäm jordens massa ur dessa data. Obs! Inga data ska hämtas ur tabell eller på annat sätt.
Redovisa din lösning nedan!

För att beräkna denna så behöver vi utgå ifrån samma formler och tankesätt som användes ovan. Dock så presenteras annorlunda DATA här vilket kräver att vi utgår ifrån formlerna på ett mer annorlunda sätt.
DATA:

  • r=m
  • G=
  • T= 27 dagar

Formler: V=s/T samt v2 = (G M)/r

Inledningsvis beräknas hastigheten då denna kommer att behövs användas i vår andra formel för att bryta ut M.
I och med att vi kan beräkna sträckan med radien så behöver T i dagar beräknas till sekunder.
27*24*60*60= 2332800 sekunder

V= (2* *)/2332800= 1023 m/s

I och med att hastigheten nu är kartlagd så har vi möjlighet att via formeln nr2 v2 = (G M)/r bryta ut M.
v2*r/G=Mà (10232*2*3,8*108)/= 5,95*1024
Svar: Jordens massa är 5,95*1024 kg.

En väteatom emitterar elektromagnetisk strålning då atomen övergår till ett lägre energitillstånd. Ange den minsta våglängden hos den strålning som emitteras/utsändas då elektronen övergår från högre liggande banor till bana 2.
Om vi utgår ifrån Bohrs postulat så tror jag att vi kan finna en ledtråd till hur vi ska betrakta vår fråga. Han säger nämligen: En atom kan gå från ett tillstånd med energin Wn till ett annat tillstånd med lägre energi Wm. Vid övergången sänds energiskillnaden ut som en foton med energin W=hf där hf=Wn-Wm.  Vi vet även att den högsta energin en väteatom kan ha är W=0 och blir därefter joniserad, alltså att en elektron lämnar atomen helt och hållet istället för att bara hoppa mellan olika banor.

Bilden nedan ger också en ledtråd kring hur vi ska förhålla oss till uppgiften då vi söker oss till att finna våglängden. I och med att vi vet att den högsta energin väteatomen kan ha är 0 så kan vi utgå ifrån 0-n2 för att finna vår lösning. I grundtillståndet är n=1 som ger väteatomen energin -13,60 eV. Formeln som används för att räkna ut energinivån efter emitteringen är: Wn=13,60/n2 vilket i vårt fall blir à 13,60/22=3,4eV.

Vi har alltså nu energin i väteatomen före emitteringen samt efter emitteringen. Dock så behöver vi delta eller differansen av dessa för att veta vilken strålning som skickats ut.

WnFöre – WnEfter = 0-(-3,4) = 3,4 eV
Detta beskriver för oss den minsta våglängden hos den strålning som skickats ut/emitterats har energin 3,4 eV. Dock så behöver vi även kunna notera vilken våglängd som har den energin. Till min hjälp kommer jag att använda mig av formeln som säger: E=hc/ λ som görs om till λ=hc/E där h är Plankskonstant och c är ljusets hastighet i vakuum.

Detta ger oss 6,626*10-34*3*108/E. Dock så tog det mig många försök innan jag insåg att E för vår foton måste omvandlas till Joule innan den är användbar i formeln. I och med att 1eV motsvarar 1,602*10-19 J så multiplicerar vi ihop de för att omvandla till Joule. För att göra det enklare för oss och undvika eventuell avrundning som kan påverka mitt resultat så lägger jag in hela 1,602*10-19*3,4 i ekvationen istället för att räkna den för sig. Därav blir uträkningenà

λ=6,626*10-34*3*108/(1,602*10-19*3,4)=365nm
Även via detta kan vi få ledtrådar via bilden vilken typ av ljus det handlar om. I och med att vi ligger i Lyman serien så kan vi anta att det är UV-ljus som emitteras redan innan uträkningen börjat. Vi får det dock säkerställt genom att beräkna våglängden på energin som emitteras ifrån väteatomen när den övergår ifrån 2 högre banor.

F32

  • Lisa åker karusell. Hon sitter på en bänk, 0,55 m från karusellens centrum, vid A i figuren. Karusellen roterar med 10 varv/min. Lisa väger 33 kg. Karusellen syns uppifrån i bilden.

Rita en figur som visar de krafter som verkar på Lisa när hon åker karusell. OBS! Du behöver inte beräkna storleken på krafterna.

F33

Hur stor är Lisas hastighet?

För att enklast strukturera upp uträkningarna så inleder jag med att rada upp känd DATA.

DATA:
r=0,55 m
rpm=10
m=33 kg

v=s/T

I princip har vi den DATA vi behöver för att beräkna hastigheten V med undantag för hur lång tid ett varv tar för Lisa. Dock vet vi vad 10 varv tar vilket gör att vi kan räkna ut frekvensen f genom att dividera tiden med antalet var à 60/10=6s
Genom att använda v=s/T kan vi nu se följande à 2*3,14*0,55/6=0,57m/s

Svar: 0,57 m/s

Lisa flyttar sig försiktigt utåt på bänken mot punkten B, 2,2 m från centrum. Hur stort måste friktionstalet minst vara för att Lisa inte skall börja glida på bänken innan hon kommit till B?

Här behöver vi omvärdera vår data då radien istället lämnat 0,55 m till 2,2 m.
Vi vet sedan tidigare att hastigheten v påverkas av radien vilket gör att denna måste först beräknas om för att sedan räkna ut de totala Fres som påverkar Lisa. V=s/Tà 2*3,14*2,2/6=2,3 m/s
Fres= mv2/r à 33*2,32/2,2=79,3N.

Förhållandet mellan Lisas normalkraft Fn och Fres kommer ge oss friktionstalet som sökes. Dock behöver vi räkna på Lisas normalkraft innan. Fn=mg à 33*9,82=324N
Förhållandet  = Fc/Fn= 79,3/324=0,24. Svar: 0,24

  • Från en platå på höjden 40 m över omgivningen skjuter man iväg en liten kula med hastigheten vo= 20 m/s. Riktningen är horisontell, som figuren visar.
    Bortse från luftmotståndet vid beräkningarna.
    a) Hur långt kommer kulan innan den slår i marken?
    b) För att komma längre ändrar man kastvinkeln till 45o. Hur mycket längre kommer då kulan?

A) När det kommer till kast i 2 dimensioner brukar jag vilja formulera om frågan så att den passar ekvationerna. I mitt fall så blir det ”Vad är X när Y=-40. Jag lägger Y=-40 då jag vill att utgångspunkten ska skära i origo i mitt system och därav så är marken eller havsnivån =0. Den DATA jag har att utgå ifrån är höjden Y och v0= 20m/s
I och med att jag har min frågeställning och DATA färdig så gäller det att kika på vilka formler som kan komma till användning. I

I och med att X= v0 ·t så finner vi snabbt att jag saknar tiden. Boken ger oss dock verktyg här. Y=-0,5gt2. I och med att vi är intresserade av tiden när Y=-40 så kan vi bryta ut t. à t=y/-0,5*g à -40/-0,5*9,82=2,85 s

Nu har vi möjlighet att beräkna X vid tiden 2,85 s med hjälp av X= v0 ·t à 20 * 2,86= 57 m
Svar: 57 meter

  1. B) I och med att vi nu har en vinkel så innebär det att vi måste notera detta i våra beräkningar och tillägga det i vår DATA. Fast vi utgår ifrån samma frågeställning à Vad är X när Y = 0?
    Vi delar upp vår uträkning i fyra steg för att få en struktur över uträkningen.
  2. I) v0y =v0sinα ger oss hastigheten i Y-led då hastigheten i X-led redan är känd à 20*sin45=14,14 m/s
    II) För att få fram tiden bryter vi ut den via formeln nedan med hjälp av y=-40 samt Pq formeln.
    y= v0y ·t· 0,5(− g)t2 à 14,14*t*0,5*(-9,82)*t2. Via Pq formeln får jag fram att tiden t=4,63 s. Vi förkastar den negativa tiden.
    III) av X= v0 ·t à 20*sin45*4,62=65,5 meter.
    IIII) I och med att i försök 1 så lyckades kulan ta sig 57 meter och i försök två med en vinkel på 45 grader så sköts den 65,5 meter så blir differensen eller delta X svaret à X2-X1à 65,5-57=8,5 meter.
    Svar: Kulan tog sig 8,5 meter längre vid en vinkel på 45 grader.
  1. Kalle sparkar iväg en fotboll med hastigheten 12m/s. I vilken riktning ska han sparka bollen för att den ska komma så långt som möjligt? Hur långt når den då? Använd din grafräknare för att undersöka detta. Redovisa ditt resonemang och svar utgående från vad du ser i din grafräknare. Bifoga räknarbilden.

För att beräkna hur långt fotbollen kan ta sig så använde jag mig av olika villkor för att se förhållande mellan vinkel och sträckan. Formeln för kastvidd säger oss Kastvidd=VoSin2a/g.

Dock så har vi inte vinkeln, men vi vet att det rent logiskt finns en brytpunkt där kastvidden antigen förkortas eller förstoras i förhållande till vinkeln. Jag valde att undersöka detta för att ta reda på vilken vinkel som är optimal för ett kasts längd.
Genom att använda 3 olika vinklar kan jag undersöka vart någonstans brytpunkten går.

  • 1 = 40o
  • 2 = 45o
  • 3 = 49o

Genom att placera in dessa 3 värden i formeln för kastvidd fick jag nedan resultat.

Kast V m/s Vinkel (grader) Kastvidd (m)
1 12 40 14,44
2 12 45 14,66
3 12 49 14,52

 

Det är tydligt att konstatera att brytpunkten och därav den optimala vinkeln på kastet är 45 grader. Via formeln är det även möjligt att konstatera att när vinkeln 90 grader ger den ett sinusvärde som är maximalt, dvs 1 därefter sjunker sinus vilket ger en längre kastvidd i vår formel. Även här säger formeln att den optimala vinkeln är 45 grader.

Slutsats: Att konstatera att 45 grader är den optimala vinkeln för kastvidd i detta fall är tydligt att se både via att utgå ifrån formeln och sinusvärde samt vid ett praktiskt test av teorin.

Jag har misslyckats med att få in detta i min grafräknare. Jag vet inte riktigt vad jag gjort fel men ska ta hjälp av Alexandra på Hermods för att undersöka saken. Jag kommer då att ta en närmre titt på just denna graf för att konstatera hur den förhåller sig till min modell och teorin.

Publicerad av Joe

Hey! Vanlig kille i Svealand som studerar lite ämnen i samband med jobb för att till HT16 fortsätta med högskolestudier. Är varken överambitiös eller avdankad, hamnar där mitt emellan. Thats it!

5 reaktioner till “Fysik 2 (Uppdrag 3)

  1. Stort tack för att du tagit dig tiden att ladda upp allt!!
    Jag ser att du lagt upp alla uppdrag förutom Uppdrag 4.
    Har du möjlighet att lägga till 4 också?
    Skulle uppskattas starkt!

    Gilla

    1. Hejhej
      Ska försöka göra detta ikväll. Har haft problem med att hitta uppdraget i datorn. Minns ej under vilket namn jag sparade det uppdraget. Ska försöka leta upp det och lägga upp det omgående
      Med vänlig hälsning,
      Joe

      Gilla

  2. Hej Joe !
    Jag försökte hitta Uppdrag 3 för fysik 2 men det finns ingenting. Alltså den nya uppdrag 3 (2020).

    MVH

    Gilla

  3. Hej! Tack så hemskt mycket för att du laddar upp. Jag undrar om du har möjligheten att ladda upp uppdrag nummer 3-5 fast i 2020 version av Fysik 2? Det skulle verkligen uppskattas.

    Tack i förhand.

    Med vänlig hälsning

    Jakob

    Gilla

Lämna ett svar till Joe Avbryt svar

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com-logga

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google-foto

Du kommenterar med ditt Google-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s

%d bloggare gillar detta: