Isklumpstøt, røntgenrør, ekvivalensprinsipp og induksjonsgraf
Lov på eksamen
- Skrivesaker, passer, linjal og vinkelmåler
- Vedlegg i oppgavesettet
Ingen kalkulator eller digitale verktøy. Vedleggene i oppgavesettet kan brukes på begge deler.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Vi sender en liten isklump med masse bortover isen med farten . Den treffer en annen, litt større, isklump med masse som ligger i ro. Etter støtet får den største isklumpen farten . All bevegelse skjer langs en rett linje.
Hva blir farten til den minste isklumpen etter støtet? Vi sender to isklumper med lik masse rett mot hverandre med samme fart .
Hva slags verdier kan farten til de to isklumpene få etter støtet?
Tegn en skisse av et røntgenrør, og bruk skissen til å gjøre rede for hvordan røntgenstråling oppstår.
Bestem et uttrykk for den maksimale frekvensen til strålingen.
Gjør rede for ekvivalensprinsippet i relativitetsteorien.
Gjennom en rektangelformet leder varierer den magnetiske feltstyrken som vist i grafen under. Sidene i rektangelet er og . Magnetfeltet har retning inn i papiret som vist på figuren til høyre.

Hvilken retning får induksjonsstrømmen i tidsrommet fra til ?
Tegn en graf som beskriver den elektromotoriske spenningen i samme tidsrom.
Fasit
1) motsatt vei av startfarten. 2) Isklumpene får like stor fart i hver sin retning, med .
1) Se skisse: elektroner fra glødekatoden akselereres av høyspenningen og bremses i anoden, og energien sendes ut som røntgenstråling. 2)
Et homogent gravitasjonsfelt og en jevnt akselerert referanseramme kan ikke skilles fra hverandre med forsøk.
1) Mot urviseren fra til , med urviseren fra til . 2) Se graf: fra til og med motsatt fortegn fra til .
LøsningsforslagKI-generert
Friksjonen mot isen er neglisjerbar i det korte støtet, så bevegelsesmengden er bevart. Vi velger startfartens retning som positiv retning:
Den minste isklumpen spretter tilbake med farten .
Kontroll: Den kinetiske energien er før støtet og etter. Energien har ikke økt, så støtet er fysisk mulig.
Før støtet er den samlede bevegelsesmengden . Bevegelsesmengden er bevart, så etter støtet er
Isklumpene får altså like stor fart , i hver sin retning. Den kinetiske energien kan ikke øke i støtet:
Farten kan derfor ha verdier . Ved et fullstendig uelastisk støt blir (klumpene ligger i ro), ved et elastisk støt blir , og ellers ligger farten mellom.
Skisse av et røntgenrør:

- Katoden er en glødetråd som varmes opp av en egen glødespenning. Da får elektroner nok energi til å forlate metallet (glødeelektrisk effekt).
- Mellom katoden og anoden ligger en høy spenning (ofte flere titalls kilovolt). Elektronene akselereres mot anoden og får kinetisk energi . Røret er lufttomt, så elektronene ikke kolliderer med luftmolekyler på vegen.
- Elektronene treffer anoden, som er laget av et tungt metall som wolfram. Der bremses de kraftig opp av de elektriske kreftene fra atomkjernene. Ladninger som akselereres, sender ut elektromagnetisk stråling, og denne bremsestrålingen har et kontinuerlig spektrum av røntgenfrekvenser.
- Noen elektroner slår i tillegg ut elektroner fra de innerste skallene i anodeatomene. Når elektroner fra ytre skall faller ned i de ledige plassene, sendes det ut fotoner med bestemte energier. Dette gir karakteristisk stråling, som topper i spekteret.
- Det aller meste av energien blir til varme i anoden.
Den største frekvensen får vi når et elektron gir fra seg all sin kinetiske energi til ett foton:
Ekvivalensprinsippet sier at et homogent gravitasjonsfelt og en jevnt akselerert referanseramme er likeverdige. Ingen fysiske forsøk inne i et lukket rom kan avgjøre om rommet står i ro i et gravitasjonsfelt med tyngdeakselerasjon , eller om det akselererer med langt ute i rommet der det ikke er gravitasjon.
- Eksempel: En astronaut i et lukket romskip slipper en ball. Ballen faller mot golvet med akselerasjonen både når romskipet står på jorda, og når det akselererer med ute i rommet. På samme måte er fritt fall i et gravitasjonsfelt ikke til å skille fra vektløshet langt fra alle masser.
- Prinsippet forklarer hvorfor alle legemer faller like fort: tung masse og treg masse er det samme.
- Konsekvenser: En lysstråle som går på tvers av et akselererende romskip, ser ut til å bøye av. Etter ekvivalensprinsippet må lys da også avbøyes i et gravitasjonsfelt. Tilsvarende går klokker langsommere lengre ned i et gravitasjonsfelt (gravitasjonell tidsforlengelse).
Den magnetiske fluksen gjennom lederen er , med retning inn i papiret. Etter Lenz’ regel går induksjonsstrømmen slik at den motvirker endringen i fluksen.
- Fra til øker fluksen inn i papiret. Induksjonsstrømmen lager et felt ut av papiret inne i rektangelet, og det gir en strøm mot urviseren.
- Fra til avtar fluksen inn i papiret. Induksjonsstrømmen lager et felt inn i papiret for å motvirke minkingen, og det gir en strøm med urviseren.
Faradays induksjonslov for én vinding gir . Grafen består av rette linjestykker, så ems-en er konstant i hvert tidsrom. Arealet er
Fra til :
Fra til :
Vi regner ems i retningen med urviseren som positiv (den retningen som gir felt inn i papiret). Da er i det første tidsrommet og i det andre:

Arealet under grafen er like stort i de to tidsrommene (), med motsatt fortegn. Det stemmer med at feltet er tilbake til null etter .
Vedlegg
Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 H2019. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).
Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg