Eksamen 3FY Høst 2001

1. Skriv opp Einsteins likning for fotoelektrisk effekt. Forklar hva symbolene står for.

   Regn ut den største bølgelengden som gir fotoelektrisk effekt i metallet sink.

   Både fotoelektrisk effekt og produksjon av røntgenstråler handler om prosesser der fotoner og elektroner inngår.

2. Beskriv forskjellen på fotoelektrisk effekt og produksjon av røntgenstråler.

   Innen medisinen blir fotoner blant annet brukt i strålebehandling. Da blir fotonenes energi overført til kreftceller, som dør. Overføringen av energi skjer på forskjellige måter, blant annet ved prosesser knyttet til pardannelse.

3. Regn ut hvor stor frekvens et foton minst må ha for at vi skal kunne få pardannelse.

Solobservatoriet SOHO (The Solar and Heliospheric Observatory) beveger seg rundt solen med samme omløpstid som jorda, og er hele tida på den rette linja mellom jorda og sola (se figur). Avstanden mellom jorda og SOHO er 1,50 millioner kilometer. SOHO har massen 1850 kg.

1. Tegn en figur som viser kreftene som virker på SOHO.

   Vis at summen av kreftene er = 10,9 N.

2. Vis at banefarten v til SOHO kan skrives som

v =

1. Tegn en figur som viser magnetfeltet rundt en rett, strømførende leder.

   Beskriv hvordan vi kan bestemme retningen på dette feltet.

   Når den rette, strømførende lederen er lang, er den magnetiske flukstettheten B bestemt ved uttrykket

   

   der I er strømstyrken, r er avstanden fra lederen og k = 2,0× 10^-7 N/A².

   Figuren nedenfor viser to lange, rette og parallelle ledere R og S. Strømmene i dem er like store, men går i motsatte retninger. Lederne står vinkelrett på papirplanet, og strømmen i leder R går inn i papirplanet.

   

   Avstanden mellom lederne er r, som også er avstanden mellom punktet P og hver av de to lederne.

2. Tegn en figur som viser retningen til den totale magnetiske flukstettheten i punktet P.

c) Regn ut den magnetiske kraften per meter på ledning R.

Vi skal se nærmere på hvordan feltet avhenger av avstanden mellom R og S, og hvordan det avhenger av strømretningen.

Vi holder avstanden PQ mellom linja m og punktet P konstant.

4. Hva skjer med flukstettheten i P når vi

1. flytter R og S svært langt fra hverandre langs linja m, og slik at avstanden RQ = SQ.
2. flytter R og S svært nær inntil Q langs linja m, og slik at avstanden RQ = SQ.
3. lar strømmene i R og S ha samme retning når lederne er svært nær hverandre.

4. Hvordan bør vi plassere elektriske ledere (som vi for eksempel bruker i varmekabler i gulv) for at magnetfeltet skal bli så svakt som mulig?

Snøskred fører hvert år til stengning av veier og ødeleggelse av hus. Noen ganger er det ønskelig å utløse snøskred for å unngå mulige ulykker. En metode som blir brukt er å slippe store sandsekker fra et helikopter slik at de utløser skredet.

Figuren viser en sandsekk med masse 2,0 tonn som blir fraktet av et helikopter.

Luftmotstanden, som virker på sekken, avhenger av farten. Sammenhengen mellom luftmotstanden og farten er vist i grafen nedenfor.

1. Bestem luftmotstanden L når helikopteret og sandsekken har horisontal fart v_H = 20 m/s.
2. Tegn kreftene som virker på sandsekken når farten er horisontal og konstant.

   Regn ut vinkelen mellom snora og vertikallinja når farten er v_H = 20 m/s. 

   Sammenhengen mellom luftmotstanden og farten, slik den er vist i grafen, kan tilnærmet uttrykkes:

   L = kv²

   der k er en konstant.

3. Bruk grafen til å regne ut k.

Sandsekken blir sluppet når den henger i ro i forhold til bakken.

d) Bestem den største farten sekken kan få når den faller loddrett.

Sekken blir sluppet for å utløse et snøskred. En modell av skredet er at snøen beveger seg som en kloss. Sekken treffer "klossen" slik figuren viser. Vinkelen mellom farten og bakken er da 28° og farten til sekken er 30 m/s. Massen til snøskredet er 100 tonn.

e) Bruk bevaring av bevegelsesmengde til å regne ut startfarten til skredet.

I 1920-årene formulerte Edwin P. Hubble loven v = H r , der H kalles hubbleparameteren eller hubblekonstanten.

1. Hva uttrykker Hubbles lov?

   25. mai 1999 offentliggjorde Hubble-romteleskopets nøkkelprosjektgruppe, under ledelse av Wendy Freeman, målinger av samhørende verdier av fart og avstand for en del galakser.

   Diagrammet nedenfor viser kurver som er tegnet på bakgrunn av målingene. Den midterste kurven viser den beste tilpasningen til måledataene. De to andre viser spredningen (usikkerheten) i målingene.

1. Benytt diagrammet til å bestemme hubbleparameteren H og til å anslå usikkerheten.
2. Bruk hubbleparameteren til å anslå universets alder.

   Astronomer bruker modeller for å beskrive universets utvikling.

3. Beskriv en slik kosmologisk modell og redegjør for observasjoner som støtter og/eller svekker modellen.

I denne oppgaven skal du behandle ett eller flere temaer for å vise din kompetanse i fysikk 3FY. Du bestemmer selv hvilket (hvilke) tema du ønsker å ta opp.

Bildet viser Thorvald som er ute og sykler nedover en bakke en mørk kveld. Kanskje gir bildet deg inspirasjon til å løse oppgaven. Men: Du står altså fritt til å velge tema selv!