Bil i horisontal sving, dossert sving og over bakketopp

Del 2, alle hjelpemidler

Bil i horisontal sving, dossert sving og over bakketopp

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En bil med masse 2000 kg kjører med konstant banefart 20 m/s gjennom en horisontal sving. Svingen er en del av en sirkelbane med radius r=100 m. Se bort fra luftmotstand.

Bil i horisontal sving med radius r

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Hvor stor er summen av kreftene som virker på bilen?

Bilen kjører deretter med konstant banefart i en dossert sving. Svingen er en del av en horisontal sirkelbane med radius r=100 m. Dosseringsvinkelen α=15°.

Bil i dossert sving med radius r og dosseringsvinkel alfa

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Hvor stor er farten til bilen hvis det ikke virker sideveis friksjon mellom bilen og underlaget?

Etter svingen kjører bilen over en bakke. Den øverste delen av bakken er en del av en vertikal sirkelbane med radius R=150 m. Bilen holder den samme konstante farten 20 m/s gjennom hele sirkelbanen. Figuren er ikke i riktig størrelsesforhold.

Bil på bakketoppen og h under bakketoppen i en vertikal sirkelbane med radius R

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem normalkraften som virker fra underlaget på bilen når bilen er på bakketoppen.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem normalkraften som virker fra underlaget på bilen når bilen er h=10 m under bakketoppen.

Fasit

ΣF=8,0⋅103 N mot sentrum av svingen

v=16 m/s

N=1,4⋅104 N

N=1,3⋅104 N

LøsningsforslagKI-generert

Bilen har konstant banefart i en sirkelbane, så akselerasjonen er sentripetalakselerasjonen a=v2r, rettet inn mot sentrum av sirkelen. Newtons andre lov gir kraftsummen:

ΣF=mv2r=2000 kg⋅(20 m/s)2100 m=8000 N

Summen av kreftene er ΣF=8,0⋅103 N, rettet inn mot sentrum av svingen. I en horisontal sving er det friksjonskraften fra underlaget som står for denne kraftsummen.

Uten sideveis friksjon virker bare to krefter på bilen: tyngdekraften G=mg loddrett nedover og normalkraften N vinkelrett på veibanen. Normalkraften heller vinkelen α fra loddlinjen inn mot sentrum av svingen.

Loddrett har bilen ingen akselerasjon, mens den vannrette komponenten av normalkraften gir sentripetalkraften:

Ncos⁡α=mgogNsin⁡α=mv2r

Vi deler den andre likningen på den første:

tan⁡α=v2rg⇒v=rgtan⁡α=100 m⋅9,81 m/s2⋅tan⁡15°=16,2 m/s

Farten er v=16 m/s.

På bakketoppen virker tyngdekraften G=mg nedover og normalkraften N oppover. Sentrum av sirkelbanen ligger rett under bilen, så sentripetalakselerasjonen v2R er rettet nedover. Med positiv retning inn mot sentrum gir Newtons andre lov:

mg−N=mv2R⇒N=m(g−v2R)
N=2000 kg⋅(9,81 m/s2−(20 m/s)2150 m)=1,43⋅104 N

Normalkraften er N=1,4⋅104 N. Den er mindre enn tyngdekraften (1,96⋅104 N) fordi kraftsummen må peke nedover mot sentrum.

Når bilen er h=10 m under bakketoppen, danner radien til bilen vinkelen θ med loddlinjen gjennom sentrum:

cos⁡θ=R−hR=150 m−10 m150 m=0,933(θ=21°)

Veibanen heller vinkelen θ, og normalkraften virker langs radien, bort fra sentrum. Vi dekomponerer tyngdekraften i en komponent mgcos⁡θ langs radien inn mot sentrum og en komponent mgsin⁡θ langs veibanen. Siden farten er konstant, blir komponenten langs veibanen balansert av en friksjons- eller bremsekraft fra underlaget langs veien. Denne kraften påvirker ikke normalkraften.

Langs radien, med positiv retning inn mot sentrum:

mgcos⁡θ−N=mv2R⇒N=m(gcos⁡θ−v2R)
N=2000 kg⋅(9,81 m/s2⋅0,933−(20 m/s)2150 m)=1,30⋅104 N

Normalkraften er N=1,3⋅104 N. Den er mindre enn på toppen fordi en mindre del av tyngdekraften peker inn mot sentrum, mens det fortsatt trengs like stor sentripetalkraft.

Sensorveiledning

Oppgaven gir til sammen 7 poeng

2 poeng

1 poeng: Brukt formel v=gr⋅tan⁡α uten begrunnelse og kommer fram til riktig svar.
2 poeng: Begrunner formelen og kommer frem til riktig svar.

2 poeng

0,5 poeng: Regner med sentripetalakselerasjon, men bruker feil fortegn på N eller G.
2 poeng: Alt riktig.

2 poeng

0,5 poeng: Finner en riktig vinkel eller dekomponerer G riktig.
1 poeng: Finner en riktig vinkel og dekomponerer G riktig
2 poeng: Alt riktig.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i fysikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 V2024. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt