Negativ ladning som svinger mellom to positive kuler
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
3 av 4 deloppgaver kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
To små positivt ladede kuler er i en avstand fra hverandre, der . Kulene er på -aksen, og origo er midt mellom dem. Kulene holdes hele tiden i ro. Et punkt P på -aksen har en avstand fra origo. Ladningen til hver av kulene .

Hvor stor er den elektriske feltstyrken i origo?
Tegn en figur som viser retningen til den elektriske feltstyrken i punktet P.
En liten negativ ladet gjenstand med ladning , og masse , slippes fra ro i punktet P. Se bort fra alle andre krefter enn den elektriske kraften som virker på gjenstanden. Det kan vises at absoluttverdien til den elektriske feltstyrken i punktet P er
Vis at absoluttverdien til akselerasjonen til gjenstanden er
når den er en avstand fra origo.
Hvor lang tid vil det ta fra gjenstanden slippes, og til den kommer tilbake til punktet P? Du kan ta utgangspunkt i koden ved siden av.
ke = 8.99E9
Q = 7.0E-9
q = -5.0E-9
d = 4.0E-2
R = 2.0E-2
m = 1.0E-3
v = 0
t = 0
dt = 0.01
while :
⋮
print(t)
Fasit
Se figur: Den elektriske feltstyrken i P peker langs -aksen, bort fra origo.
LøsningsforslagKI-generert
Hver av kulene gir en elektrisk feltstyrke i origo med størrelse
Kulene er positive, så feltet fra hver kule peker bort fra kula. Feltet fra kula til venstre peker mot høyre, og feltet fra kula til høyre peker mot venstre. Feltstyrkene er like store og motsatt rettet, så summen blir
Feltet fra hver kule peker bort fra kula, langs linja fra kula til P. Feltene fra de to kulene er like store, siden P ligger like langt fra begge. På grunn av symmetrien er -komponentene like store og motsatt rettet, så de opphever hverandre. -komponentene peker begge oppover og legges sammen.

Den resulterende elektriske feltstyrken i P peker langs -aksen, bort fra origo.
Den eneste kraften på gjenstanden er den elektriske kraften. Den har størrelse
Siden er negativ, peker kraften motsatt vei av feltet, altså mot origo. Newtons 2. lov gir absoluttverdien til akselerasjonen:
I P er akselerasjonen .
På grunn av symmetrien har feltet på -aksen ingen -komponent, så gjenstanden beveger seg langs -aksen. Kraften peker hele tiden mot origo. Gjenstanden får størst fart i origo (der feltet er null), bremses opp på den andre siden og snur i (energibevaring). Så går den tilbake og snur igjen i P.
Akselerasjonen varierer med posisjonen, så vi kan ikke bruke formlene for konstant akselerasjon. Vi løser bevegelsen numerisk med Eulers metode. Formelen for feltet gjelder i alle punkter på -aksen hvis vi bytter ut med posisjonen . Bruker vi med fortegn, får feltet riktig fortegn: over origo og under. Med og negativ peker akselerasjonen da automatisk mot origo.
Gjenstanden er tilbake i P når den snur på toppen igjen, det vil si når farten skifter fra positiv til null eller negativ. Det bruker vi som stoppbetingelse i while-løkka:
ke = 8.99E9
Q = 7.0E-9
q = -5.0E-9
d = 4.0E-2
R = 2.0E-2
m = 1.0E-3
v = 0
t = 0
dt = 0.001
y = R # posisjonen på y-aksen, starter i P
v_forrige = 0 # farten i forrige tidssteg
# Løkka går til farten skifter fra positiv til null eller negativ,
# det vil si når gjenstanden snur på toppen igjen (i P)
while not (v_forrige > 0 and v <= 0):
E = 2*ke*y*Q/(d**2 + y**2)**(3/2) # feltet langs y-aksen (fortegnet følger y)
a = q*E/m # Newtons 2. lov med F = qE
v_forrige = v
v = v + a*dt
y = y + v*dt
t = t + dt
print(f"t = {t:.2f} s")
Programmet skriver ut
t = 2.28 s
Med som i den oppgitte koden blir svaret også . Det tar altså fra gjenstanden slippes, til den er tilbake i P.
Sensorveiledning
Oppgaven gir til sammen 5 poeng
- Dersom det bare forekommer syntaksfeil i koden, skal det gis poeng i rimelig omfang.
- Dersom det vesentligste er kommet med i koden, men programmet ikke kjører, skal det gis en rimelig uttelling.
- Dersom programmet kjører, men det er en logisk feil, skal det ikke gis full uttelling.
1 poeng: Regner riktig tid fra punktet P til origo.
Vedlegg
Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 V2025. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).
Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg