Kursprov Fysik 1 HT 2012 Delprov A: Teoriuppgifter

Du har köpt en kraftfull brödrost med effekten $1200$1200 W. Spänningen i vägguttaget
är $230$230 V.
Kan du använda brödrosten om uttaget är anslutet till en $6$6 A säkring?
Förklara.

Komplettera följande reaktionsformler.
Endast svar krävs.

a) $^{235}$²³⁵U $+$+ n $\rightarrow$→  $^{137}$¹³⁷Cs $+$+ $3$3n $+$+ ________ $+$+ energi

b) $^1$¹H $+$+ $^2$²H $\rightarrow$→ ________ $+$+ $\gamma$γ $+$+ energi 

Lena står på händer. Hon väger $55$55 kg.
Hur stor är kraften från golvet på respektive hand?
Endast svar krävs.

Om ett organ i kroppen utsätts för lika stora stråldoser med alfastrålning och
betastrålning räknat i Gy, anses risken för strålskador större vid alfastrålning.

Förklara kortfattat varför det är så.

Bengt och Olle åker skridskor. Bengt står stilla på isen när Olle kolliderar med
honom. Olle lyckas ta tag i Bengt och båda fortsätter tillsammans på isen utan att
bromsa. Bengt väger $72$72 kg och Olle väger $78$78 kg. Olles hastighet före kollisionen är
$3,5$3,5 m/s.

Bestäm vilken hastighet de får efter kollisionen.

Vilken fart kan backhopparen maximalt ha vid nedslaget?

Solstrålningen passerar atmosfären på sin väg mot jordytan.
Högt upp i atmosfären finns ozonlagret.

a) Nämn en för människan viktig egenskap hos ozonlagret.

En stor del av strålningen från solen tar sig igenom atmosfären och når jordens yta.
Jordytan absorberar en del av energin. Denna energi strålar sedan ut från jorden i
form av värmestrålning.

b) Förklara utifrån dina kunskaper i fysik hur växthuseffekten uppkommer.

Enheten hästkraft ($1$1 hk) är en effektenhet och inte en kraftenhet som man kanske kan
tro. Engelskans motsvarighet ”horse power” ($1$1 hp) är ett bättre namn.
En hästkraft definieras som den effekt som behövs för att lyfta $75$75 kg $1$1 m rakt uppåt på
$1$1 s.

Vid beräkning av denna effekt använder man $g=9,81$g=9,81 N/kg, som är ett medelvärde för
g-värdet på jorden.

a) Beräkna utifrån de givna uppgifterna hur många watt det går på $1$1 hk.

b) En hiss på ett nöjesfält lyfter totalt $950$950 kg (hisskorg + passagerare) $50$50 m rakt
uppåt på $9,0$9,0 s. Den tillförda effekten är $95$95 hk.
Beräkna hissens verkningsgrad.

En renägare hittar en $5$5 år gammal renstek i sin frys. När steken placerades i
frysen så hade den aktiviteten $1600$1600 Bq/kg från $^{137}$¹³⁷Cs. Gränsvärdet för att
sälja kött är $1500$1500 Bq/kg. $^{137}$¹³⁷Cs sönderfaller med $\text{β}^-$β‍⁻ -sönderfall.

a) Skriv reaktionsformeln för sönderfallet. 

b) Beräkna aktiviteten hos den $5$5 år gamla rensteken och avgör om aktiviteten är
under gränsvärdet.

Renägaren, som väger $70$70 kg, äter $300$300 g av sin renstek. Som modell tänker vi oss att han
har renköttet i sig i $24$24 h. Vid varje sönderfall skickas en $\text{β}^-$β⁻ -partikel ut. Dessa har
genomsnittsenergin $0,3$0,3 MeV. Vid ungefär $94\text{ }\%$94 % av sönderfallen emitteras även en
$\text{γ}$γ -foton med energin $0,66$0,66 MeV. Vi antar att alla $\text{β}^-$β⁻ -partiklar absorberas i kroppen men
$\text{γ}$γ -fotonerna lämnar i genomsnitt ifrån sig en tredjedel av sin energi till kroppen.

c) Hur stor är den absorberade dosen för renägaren?

Ett tåg med massan $40$40 ton lämnar efter ett uppehåll en station där banvall och räls ligger
horisontellt. Tåget har accelerationen $0,50$0,50 m/s$^2$².

a) Hur stor är den resulterande kraften på tåget? 

b) Hur lång sträcka behöver tåget för att med denna acceleration uppnå
hastigheten $108$108 km/h? 

c) Tåget utsätts för friktionskrafter (från hjul och luftmotstånd) enligt diagrammet
nedan.

Beräkna den framåtdrivande kraft som krävs för att accelerera tåget omedelbart
efter start.

Planeringslaboration: Stormkök

Skriv en planering för ett experiment där du ska bestämma verkningsgraden för ett
stormkök.

Förutsättningar
Bilden nedan visar den utrustning du har tillgång till.
Du ser bland annat ett stormkök, som man kan ha med sig på vandringar eller vid annat
vildmarksliv.
När man vill värma vatten fyller man bränsle i brännaren, tänder på bränslet och placerar
grytan med vatten ovanför. Vill man släcka lågan i brännaren kan man göra detta genom
att lägga på ett litet lock.
Då bränslet brinner omvandlas kemisk energi till termisk energi. Bränslets energiinnehåll
mäts i J/kg och är känt.

Planering
Beskriv ett experiment där du kan bestämma verkningsgraden, det vill säga hur stor del
av den tillförda energin som används för att värma upp vattnet.

Din beskrivning ska innehålla
• de storheter och samband som du behöver använda,
• de mätningar som du behöver göra och hur dessa ska genomföras,
• de beräkningar som du behöver göra,
• en diskussion av de faktorer som kan påverka resultatet.

Albert åker i en farkost med mycket hög hastighet. Han mäter tiden för en ljuspuls som
går från golv till tak. Isaac står utanför farkosten och mäter tiden för samma ljuspuls men
får inte samma tid på sin mätning. Se bilderna nedan.

Förklara varför Albert och Isaac får olika värden på tiden.

Ett negativt laddat åskmoln befinner sig på $4$4 km höjd. Spänningen mellan jorden och
molnet är $250$250 MV. Ziva står rakt under molnet. Hennes hår har blivit positivt laddat av
att ha gnidits mot regnkläderna.

Hur stor laddning per hårstrå krävs minst för att Zivas hår skall resa sig på grund av
molnets laddning?
Ett hårstrå kan antas väga $10$10 mg. (Det eventuella elektriska fältet från regnkläderna kan
försummas.)

Om vattenströmmens fart är större än båtens fart går det inte att med båt ta sig från punkt $A$A till punkt $B$B i figuren.

Utred vilken hastighet som båten ska ha för att komma över floden
till punkt $B$B.

Diagrammet visar hastigheten som funktion av tiden för en gasell och ett lejon.

Lejonet jagar gasellen. Nedan beskrivs fyra situationer A-D varav en är korrekt.

Välj det korrekta alternativet och motivera varför detta är rätt. Förklara också varför de
övriga alternativen är felaktiga. En förklaring för varje alternativ A-D krävs.

A) Lejonet bör jaga gasellen tills gasellen når maximal hastighet.
B) Lejonen bör ge upp jakten om hon/han inte lyckats få bytet inom fyra sekunder.
C) Gasellen behöver inte bekymra sig om lejonet eftersom den kan springa dubbelt så
fort.
D) Gasellen springer längre än lejonet under de första två sekunderna av jakten.

Hanna lägger en bit frigolit med volymen $V$V i vatten. Hon finner att $12\text{ }\%$12 % av dess
volym är under vattenytan. Hon lägger sedan frigolitbiten i en skål med rödsprit
med densiteten $810$810 kg/m$^3$³.

Hur många procent av frigolitbitens volym kommer nu att vara under vätskeytan?

En ny marmeladburk är svår att öppna. Det beror på att locket stängdes när burken var
varm. När den svalnade bildades ett undertryck i burken mellan marmeladen och locket.
Burken är cylinderformad med diametern $8$8 cm och har ett lock som trycks på.
Temperaturen hos burken när locket sattes på var $80$80 °C och lufttrycket var $101$101 kPa.

a) Ta reda på hur hårt locket sitter fast på burken då den svalnat till $20$20 °C genom
att beräkna den kraft som håller locket på plats.

b) När är det lättast att öppna en ny burk, en mulen regnig dag eller en solig dag?
Förklara. Burken öppnas i rumstemperatur.