natuurkunde havo 2021 · tijdvak 1

Hoe heet de tweede faseovergang in het beschreven lasproces?

Als de elektroden tegen de plaatjes worden gedrukt gaat er een stroom I

door het ijzer tussen de elektroden lopen. Het ijzer tussen de elektroden

is bij benadering cilindervormig. Zie figuur 4a. De ijzeren plaatjes tussen

de elektroden zijn samen 1,8 mm dik en raken elkaar alleen tussen de

elektroden. De oppervlakte A waarmee de ijzeren plaatjes elkaar raken, is

6,4·10⁻⁵ m² ; deze is even groot als de oppervlakte van de punt van een

elektrode. Zie figuur 4a en 4b.

figuur 4a

figuur 4b

Over de plaatjes staat een spanning van 0,20 V . De stroomsterkte door

het ijzer is op dat moment gelijk aan 68 kA .

Toon dat aan met een berekening.

De massa van het cilindervormige deel ijzer tussen de elektroden

is 9,1∙10⁻⁴ kg . Het ijzer heeft een begintemperatuur van 20 °C .

Van de warmte die ontstaat tussen de elektroden wordt 15% gebruikt om

het ijzer tussen de elektroden tot het smeltpunt te verhitten.

De weerstand van het ijzer tussen de elektroden wordt als constant

beschouwd.

Bereken na hoeveel tijd het ijzer begint te smelten.

Vaak worden meerdere lassen naast elkaar gemaakt. Zie figuur 5 en

schematisch in figuur 6. De elektrische spanning over de elektroden is

voor iedere las even groot.

De platen raken elkaar alleen op de lassen. Zie figuur 6.

Leg uit of de stroomsterkte door de elektroden tijdens het maken van

meerdere lassen naast elkaar groter wordt, kleiner wordt of gelijk blijft.

van het ijzer tussen de elektroden

niet constant gedurende het

vormen van een las (de ‘lastijd’).

Zie figuur 7.

Leg met behulp van figuur 7 uit of ijzer

een PTC-materiaal of een

NTC-materiaal is.

De koperen elektroden worden heet tijdens het lassen. Ze moeten daarom

gekoeld worden door er met slangen water doorheen te pompen. Zie

figuur 8.

Op de uitwerkbijlage staan drie stellingen over het heet worden van de

elektroden.

Geef op de uitwerkbijlage per stelling met een kruisje aan of deze waar of

niet waar is.

Als de las is afgekoeld zijn de ijzeren plaatjes op die plek tot één geheel

met elkaar verbonden. De oppervlakte A van de las is 6,4·10⁻⁵ m² .

Op de las kan een trekkracht F uitgeoefend worden. Zie figuur 9.

Bereken de maximale trekkracht F op de las zonder dat de las breekt.

Bereken de baansnelheid van Europa rond Jupiter.

De oppervlaktetemperatuur van Europa is 173 K . Dit is bepaald door λ_max

te meten van het infraroodspectrum dat deze maan uitzendt.

Bereken de frequentie die hoort bij deze λ_max .

Sommige wetenschappers denken dat de temperatuur onder het

oppervlak van Europa veel hoger is dan 173 K . Hun verklaring hiervoor is

de voortdurende verandering van de gravitatiekracht op de maan Europa.

In figuur 2 zijn Jupiter en Europa getekend. Deze figuur is niet op schaal.

Op de maan Europa zijn twee punten gemarkeerd met ‘a’ en ‘b’.

De gravitatiekracht die Jupiter op Europa uitoefent is in punt a niet even

groot als in punt b. Hierdoor wordt Europa een beetje vervormd. Dit is

schematisch weergegeven in figuur 3.

Beredeneer met behulp van de formule voor de gravitatiekracht welke

figuur ( I of II) de vervorming van Europa het best weergeeft.

Behalve Jupiter oefenen ook de manen Ganymedes en Io een (kleine)

gravitatiekracht uit op Europa. Omdat deze drie manen ten opzichte van

elkaar in beweging zijn, veranderen deze gravitatiekrachten steeds. De

wetenschappers denken dat de maan Europa zo ‘gekneed’ wordt. Hierbij

zou dan warmte ontstaan waardoor de temperatuur in het inwendige van

Europa kan stijgen.

In figuur 4 is de stand van de drie manen op een bepaald moment t = 0

weergegeven. Neem aan dat Jupiter stilstaat en dat de drie manen in een

cirkelbaan in de aangegeven richting bewegen. Op t = 3,55 d heeft de

maan Io 2,0 omwentelingen om Jupiter gemaakt en is de stand zoals in

figuur 5. Figuur 4 en 5 zijn niet op schaal.

Vergelijk de resulterende kracht op (het zwaartepunt van) Europa in

figuur 5 met die in figuur 4.

Welke uitspraak is waar?

figuur 4.

figuur 4.

figuur 4.

De omlooptijden van de manen van Jupiter hebben een vaste verhouding

tot elkaar. Er geldt:

Figuur 4 en figuur 5 staan ook op de uitwerkbijlage.

Teken in de derde figuur op de uitwerkbijlage de stand van de manen op

t = 5,32 d . Leg je antwoord uit met behulp van een berekening.

is voorzien van een speciale verflaag. De vrijgekomen straling uit het

tritiumverval zorgt ervoor dat de verflaag groenblauw licht gaat uitzenden.

De fotonen van dit zichtbare licht hebben een energie van 2,5 eV.

Bereken de frequentie van deze fotonen.

De uitgezonden β -deeltjes passeren de positieve kernen van het tritium.

Hierbij verandert de richting van de baan van het β -deeltje.

In welke figuur is een mogelijke verandering van de richting van de baan

juist weergegeven?

Bij de verandering van de baan van een β -deeltje komt energie vrij. Deze

energie komt vrij als een foton met een energie van 1,0 ∙10⁻² MeV. Dit

foton wordt ook door de kitmarker uitgezonden.

Welke soort elektromagnetische straling is dit?

Sleutels worden vaak meegenomen in een broekzak. De kitmarker wordt

dan langdurig tegen het lichaam gedragen. Een onderzoeker wil het risico

hiervan onderzoeken. Hij wil veilig de halveringsdikte voor deze fotonen in

menselijk lichaamsweefsel bepalen. In plaats van menselijk weefsel

gebruikt hij aluminium en hanteert hij daarbij de volgende vuistregel:

Achter aluminium plaatjes van diverse diktes meet de onderzoeker de

intensiteit van de straling afkomstig van de kitmarker. Hij meet met een

GM-teller het aantal pulsen per minuut. Zijn metingen zijn uitgezet in een

diagram. Zie figuur 2.

Ten slotte heeft hij de achtergrondstraling bepaald. Deze is

1,00∙10³ pulsen per minuut. Figuur 2 is ook op de uitwerkbijlage

weergegeven.

Bepaal met behulp van de figuur op de uitwerkbijlage de halveringsdikte

voor de straling van de kitmarker in menselijk lichaamsweefsel.

De onderzoeker neemt aan dat iemand de kitmarker 8,0 uur per dag in

zijn zak heeft. De bestraalde lichaamsmassa is 1,5∙10² gram. Deze massa

absorbeert per seconde de energie van 1,25∙10³ fotonen.

De weegfactor voor deze straling is 1 . Ieder foton heeft een energie van

1,6∙10⁻¹⁵ J . De equivalente dosislimiet voor dit deel van het lichaam is

50 mSv per jaar.

Toon met een berekening aan of de opgelopen straling beneden de

jaarlijkse equivalente dosislimiet blijft.

Leid de eenheid van k af in (grond)eenheden van het SI zoals vermeld in

Binas-tabel 3a of Sciencedata-tabel 1.3a.

Dankzij de luchtweerstandskracht bereikte hij na verloop van tijd een

constante snelheid van 54 m s⁻¹ . Zijn massa is 75 kg en zijn frontale

Bereken de waarde van k .

Tijdens de laatste 1,0 kilometer op weg naar het net was Aikins’

valsnelheid 54 m s⁻¹ . Ook was er zijwind die hem een constante

horizontale snelheid zou geven van 4,9 km h⁻¹ . Aikins moest tijdens zijn

val daarom bijsturen op weg naar het net.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Bereken de valtijd waarin Aikins de 1,0 kilometer naar het net aflegde.

− Bereken hoe ver Aikins zou afwijken van de koers als hij niet zou

bijsturen.

Een landing op de buik is gevaarlijk. Aikins moest daarom vlak voor de

landing draaien. Dat deed hij door een van zijn handen dichter bij zijn

lichaam te houden. In figuren 3 en 4 is dat weergegeven. Aikins wordt

hierbij als stilstaand beschouwd, terwijl de bewegende lucht

weerstandskracht op zijn beide handen uitoefent. Andere krachten worden

niet meegenomen.

grote luchtweerstandskrachten. De zich toe. De grootte van de

werklijnen en aangrijpingspunten

van deze krachten zijn

weergegeven in de figuur.

Aikins is hierbij in evenwicht.

begint Aikins te draaien rondom

draaipunt D , in de richting van de

kracht met het grootste moment.

Op de uitwerkbijlage staan figuren 3 en 4 en twee invulzinnen.

Voer de volgende opdrachten uit:

− Teken op de uitwerkbijlage in beide figuren de

luchtweerstandskrachten op de handen. Teken alle krachten in de

juiste onderlinge verhouding.

− Teken in beide figuren de armen die horen bij deze krachten.

− Omcirkel in iedere zin het goede antwoord.

Van de landing in het net is een videometing gemaakt. Zie figuur 5.

Het net remde Aikins af van 54 m s⁻¹ tot stilstand. Tijdens het afremmen

legde Aikins nog 37 m naar beneden af. Verwaarloos de arbeid door de

luchtwrijvingskracht tijdens het remmen.

Bereken de energie die het net geabsorbeerd heeft.

Het net moest aan diverse eisen voldoen om Aikins veilig tot stilstand te

brengen. Op de uitwerkbijlage staat een tabel met technische

ontwerpoplossingen voor het net en natuurkundige concepten die daarbij

een rol spelen.

Omcirkel bij elke ontwerpoplossing het beste bijbehorende natuurkundige

concept.

Op de uitwerkbijlage staat het ( v,t )-diagram van het laatste deel van de

stunt van Aikins: het afremmen in het net. Ook staat op de uitwerkbijlage

een tweede diagram. In dit diagram is af te lezen gedurende hoeveel tijd

een mens een bepaalde vertraging veilig kan ondergaan voordat deze

vertraging schadelijk wordt.

Voer de volgende opdrachten uit met behulp van de grafieken op de

uitwerkbijlage:

− Bepaal de grootte en de tijdsduur van de maximale vertraging die

Aikins onderging.

− Toon aan of deze maximale vertraging veilig was voor Aikins.

Omcirkel in iedere zin op de uitwerkbijlage het goede antwoord.

De mannetjes produceren het geluid door het afwisselend samentrekken

en ontspannen van een spier, waardoor een zogenaamde tymbaal van

vorm verandert.

Bij het aanspannen van de spier veroorzaakt die vormverandering van de

tymbaal kortstondig een geluidspuls (de ‘in-klik’). Door de spier te

ontspannen klapt de tymbaal weer terug en wordt opnieuw een korte

geluidspuls gemaakt (de ‘uit-klik’). Zie figuur 3.

Van het geluid van een cicade is een oscillogram gemaakt. Zie figuur 4.

In figuur 4 is opeenvolgend het patroon van de geluidspuls van de in-klik

en van de uit-klik te zien.

Het oscillogram is gemaakt met een meetapparaat dat voor de

tijdsregistratie gebruikmaakt van een klok. De klok produceert om de

10 ms een piek. Die pieken zijn ook weergeven in figuur 4. Deze figuur

staat ook op de uitwerkbijlage.

Bepaal de frequentie van het geluid van de uit-klik.

Het geluid wordt door de buikholte versterkt.

Geef de naam van dit verschijnsel.

In figuur 4 is te zien dat de amplitude van de trilling van de uit-klik

afneemt.

Wat betekent dat voor het geluid dat bij die trilling hoort?

De mannetjescicaden maken dit geluid om vrouwtjes te vinden. Een

vrouwtje reageert door geluid te maken met haar vleugels. In het bos

kunnen bomen het geluid blokkeren als de golflengte van het geluid korter

is dan de breedte van een boom. Bij een langere golflengte buigt het

geluid om de boom heen en is het ook achter de boom te horen. De

temperatuur in het bos is 30 °C .

Bepaal de maximale frequentie van het geluid van het vrouwtje dat ook

achter de boom uit figuur 1 te horen is. Schat daartoe eerst de dikte van

die boom met behulp van figuur 1 en 2.

Een opsomming van de in dit examen gebruikte bronnen, zoals teksten en afbeeldingen, is te vinden in het bij dit examen

behorende correctievoorschrift, dat na afloop van het examen wordt gepubliceerd.