6

1 Overzicht vragen mondeling examen - 6WW8/6 1.1

Mechanische trillingen en golven 1. Toon aan dat twee trillingen met dezelfde frequentie en willekeurig faseverschil zich opnieuw samenstellen tot een trilling met dezelfde frequentie. Leid een uitdrukking af voor de amplitude en de beginfase van de samengestelde trilling. 2. Wat zijn zwevingen ? Wat is de voorwaarde voor het verkrijgen van zwevingen ? Stel een uitdrukking op die de variatie weergeeft van de amplitude in de tijd. 3. Geef de voorwaarde om een interferentiepatroon op te wekken. Bereken, vertrekkende vanuit die voorwaarde, de plaatsen in het vlak waarin de golven zich voortplanten, waar minima en maxima zullen optreden in functie van de afstand tot de puntbronnen. 4. Wat gebeurt er bij reflectie van een golf aan een vast reflectiepunt ? Bepaal, vertrekkende vanuit die voorwaarde, de plaatsen waar buiken en knopen ontstaan bij reflectie van een oneindig lange snaar aan een vast reflectiepunt. Leid hieruit ook de mogelijke frequenties af voor staande golven op een touw met eindige lengte l, begrensd door twee vaste punten. 5. Bespreek, vertrekkende vanuit de theorie van staande golven, de werking van een snaarinstrument, in het bijzonder hoe je een hogere toon kan verkrijgen, hoe je een instrument kan stemmen en hoe je harmonieken kan spelen.

1.2

Wisselspanning 1. Bespreek de constructie en de werking van een generator.

wisselspannings-

2. Wat is “effectieve spanning” ? Leid, gebaseerd op de definitie van effectieve spanning, de relatie af tussen maximale spanning en effectieve spanning. 3. Vergelijk klassieke centrales en nucleaire centrales. Bespreek de werking en voor- en nadelen. 4. Vergelijk klassieke centrales en centrales werkend op alternatieve energiebronnen. Bespreek werking en voor- en nadelen. 5. Vergelijk nucleaire centrales en centrales werkend op alternatieve energiebronnen. Bespreek werking en voor- en nadelen. 6. Bespreek de constructie en werking van een transformator. 7. Bespreek de relatie tussen stroom door en spanning over een condensator aangesloten over een wisselspanningsbron. Bespreek eveneens het begrip capacitieve reactantie. 8. Bespreek de relatie tussen stroom door en spanning over een spoel aangesloten over een wisselspanningsbron. Bespreek eveneens het begrip inductieve reacatantie. 9. Hoe noemt men de verhouding tussen effectieve spanning over en effectieve stroom door een schakeling bestaande uit een weerstand, spoel en capaciteit ? Leid een uitdrukking af om die verhouding te berekenen. Leid eveneens een uitdrukking af om het faseverschil tussen stroom en spanning te bepalen, en bespreek het begrip resonantie van een RLCketen.

1 Overzicht vragen mondeling examen - 6WW8/6

10.Bespreek de constructie en werking van een eenvoudige filter (zowel high-pass als low-pass). Wat is de “gain” van een filter ? Stel een formule op om de gain van een high-pass en low-pass filter te bepalen.

1.3

Elektro-magnetische golven 1. Bespreek de werking van een LC-oscillator. 2. Rangschik de volgende vormen van elektro-magnetische straling volgens toenemende frequentie. Bespreek drie van de vormen (naar keuze) meer in detail: microgolfstraling, röntgenstraling, radiogolven, infra-rood, ultra-violet. 3. Bespreek interferentie bij licht. Geef de opstelling van de proef van Young en bepaal een formule om de minima en maxima op het scherm te berekenen. 4. Bespreek interferentie van licht aan dunne films. 5. Bespreek diffractie bij licht. Leg het ontstaan uit van het centraal maximum en leid een formule af om de positie van de minima op het scherm te berekenen. 6. Wat is polarisatie ? Bespreek twee manieren hoe licht gepolariseerd kan worden. Hoe werkt een polarisatiefilter bij fotografie ?

1.4

“Moderne” fysica 1. Bespreek het Michelson-Morley experiment. Leg uit wat de hypothese was, hoe men die hypothese experimenteel wilde testen, wat de resultaten waren en hoe men deze resultaten verklaarde. 2. Wat is tijd-dilatatie ? Leid een formule af die de relatie geeft tussen waargenomen tijdsintervallen van bewegende en stilstaande waarnemer. 3. Wat is lengte-contractie ? Wat is de eigenlengte van een voorwerp ? Leid een formule af die de relatie geeft tussen eigenlengte en waargenomen lengte. 4. Bespreek het relativisitisch doppler effect en leid een formule af tussen uitgestuurde frequentie en waargenomen frequentie. 5. Bespreek de hypothese van Planck. Leg uit wat het fenomeen was wat Planck probeerde verklaren, welke veronderstellingen hij maakte, en waarom die als revolutionair beschouwd werden. 6. Bespreek het foto-elektrisch effect. Bespreek het experiment van Einstein, leg uit waar de problemen zich situeerden, en welke oplossingen Einstein introduceerde. 7. Bespreek het atoommodel van Bohr, en leg uit hoe met dit atoommodel de atomaire emissie en absorptie-spectra verklaard konden worden. Leg eveneens uit hoe dit atoommodel verklaard kon worden door gebruik te maken van het duale karakter van elektronen.

1.5

Nucleaire fysica 1. Bespreek het standaardmodel van de elementaire deeltjes. Leg uit hoe protonen en neutronen samengesteld zijn uit quarks, en bespreek de vier elementaire wisselwerkingen.

2

1 Overzicht vragen mondeling examen - 6WW8/6

2. Wat is het massa-deficit van een kern ? Bespreek de bindingsenergie van een kern en hoe dit invloed heeft op de stabiliteit van een kern. Leg uit wat de “stabiliteitsband” is. 3. Bespreek de constructie en werking van een Van der Graaf versneller. 4. Bespreek de constructie en werking van een Wideroë versneller. 5. Bespreek de constructie en werking van een cyclotron. 6. Hoe kan je straling meten ? Leg in kort de werking uit van een instrument dat straling kan meten. Geef eveneens het verschil aan tussen “activiteit”, “geabsorbeerde dosis”, “equivalente dosis” en “effectieve dosis”. 7. Bespreek alfa-verval. Geef de reactievergelijking en bespreek de energieaspecten. 8. Bespreek de verschillende vormen van bèta-verval. Geef de reactievergelijkingen, leg uit wat er op quark-niveau gebeurt en bespreek hoe men uit de energie van het uitgestuurde deeltje het bestaan van het neutrino heeft afgeleid. 9. Bespreek gamma-verval. 10.Wat is de halveringstijd van een isotoop ? Hoe kan je die berekenen ? 11.Geef de reactie die de splijting van 235U beschrijft. Bespreek de termen “thermische neutronen”, “sub- en superkritische massa” en “verrijkt en verarmd uranium”. 12.Leg de constructie en (gecontroleerde fissie). 13.Leg de constructie en (ongecontroleerde fissie).

werking werking

uit uit

van van

een een

nucleaire

reactor

nucleaire

bom

2 Herhalingsoefeningen 1. Een sirene van een stilstaande brandweerwagen heeft een frequentie van 440 Hz. Een brandweerwagen met identieke sirene komt aangereden. Een stilstaande waarnemer hoort 3 zwevingen per seconde. Bepaal de snelheid van de aankomende brandweerwagen. 2. Een waarnemer beweegt naar een muur toe met een constante snelheid van 2 m/s. Terwijl hij dit doet, slaat hij een stemvork aan die geluid voortbrengt met een frequentie van 220 Hz. a) Wat is de zwevingsfrequentie die hij waarneemt voortvloeiend uit de samenstelling van het geluid van de stemvork en zijn echo ? b) Hoe snel moet hij van de muur wegwandelen zwevingsfrequentie waar te nemen van 3 Hz ?

om

een

3. Twee luidsprekers staan twee meter uit elkaar. Ze worden aangestuurd door éénzelfde bron, met een frequentie van 100 Hz. Een waarnemer staat op de middelloodlijn tussen beide luidsprekers, op 5 m van het middelpunt. Hij begint te wandelen in een richting loodrecht op de middelloodlijn. Bereken de de afstand die hij afgelegd heeft als hij een eerste minimum waarneemt. 4. Een gitaarsnaar van 60 50 N heeft een lineaire harmoniek die gehoord frequenties te horen tot

cm lengte opgespannen met een spankracht van massadichtheid van 0.1g/cm. Wat is de hoogste kan worden door een persoon die in staat is om 20.000 Hz ?

3

2 Herhalingsoefeningen

5. Een R,L,C kring met capaciteit 15 µF wordt aangesloten op een bron met regelbare frequentie. De voltmeter wijst 14 V aan. a) Bij 80 Hz is de kring in resonantie, dan is de gemeten stroomsterkte 0,06 A. Bereken de ohmse weerstand R en de inductiviteit L. b) We veranderen de capaciteit zodat de fasenhoek - 40° bedraagt bij een frequentie van 50 Hz. Bereken de nieuwe capaciteit, de impedantie, en teken het fasendiagram. Hoe groot is het opgenomen vermogen in dit geval ? 6. Een RLC circuit met C = 0,2 µF, L = 156 mH en R = 88 Ω, wordt aangesloten op een generator met Ue = 110 V en variabele frequentie. Bepaal de resonantiefrequentie van het circuit, en twee frequenties waarbij het geleverd vermogen de helft is van het maximaal vermogen. 7. Bereken de gain-functie als men een high-pass filter bestaande uit een weerstand en een condensator na een low-passfilter plaatst, die bestaat uit dezelfde elementen. 8. Toon aan dat voor het hieronder afgebeelde filtercircuit de maximale gain gelijk is aan 1. Bepaal eveneens de frequentie waarbij dit gebeurt.

9. In de cursus hebben we RC filters besproken, en als oefening gelaten om te bekijken hoe je LC-filters kan construeren. Waar we geen rekening mee gehouden is dat elke spoel eveneens een weerstand vormt, die ook in rekening gebracht moet worden, zoals aangegeven in onderstaande schema's. Bepaal welk circuit de high-pass filter en welke de low-pass, en stel voor beide circuits de gain functie op.

4

2 Herhalingsoefeningen

10.Een motorrijder wordt geflitst terwijl hij door het rood rijdt. Hij draagt aan als verdediging dat hij zo snel reed dat door het relativistische dopplereffect, het rood licht (λrood = 650 nm) naar groen (λgroen = 550 nm) was opgeschoven. Hoe snel zou een motorrijder moeten rijden om dit verschijnsel effectief waar te nemen ? Stel dat hij maar 90 km/h reed, bereken hoeveel de golflengte van het rode licht is opgeschoven naar het groene. Is dit waarneembaar ? 11.Een ruimtestation ontvangt volgend radiobericht van de USS Enterprise, het eerste interstellaire ruimteschip : “Komen jullie richting uit met een snelheid die 80% van de lichtsnelheid bedraagt. We zullen jullie passeren over exact 6 jaar na het uitsturen van dit bericht, gemeten volgens onze klok hier aan boord. ” Op welke afstand bevindt de Enterprise zich van het ruimtestation op het moment dat dit bericht werd uitgestuurd, volgens iemand op het ruimtestation ? Op welke afstand bevindt zich het ruimtestation en opzichte van de Enterprise op het moment dat dit bericht werd uitgestuurd, volgens iemand aan boord van de Enterprise ? Hoeveel tijd is er verstreken op de ruimtehaven tussen het ontvangen van het bericht en de passage van de Enterprise, als de Enterprise beweegt met een constante snelheid ? 12.Het muon is een onstabiel deeltje dat spontaan vervalt in een elektron en twee neutrino's. De halfwaardetijd van een muon in rust bedraagt 1,52 µs. Wat wordt de halfwaardetijd als we een bundel muonen versnellen tot 0,95 c ? Bereken het percentage overblijvende muonen nadat ze een afstand van 3 km hebben afgelegd. 13.In een oud schilderij grijpen er 12 desintegraties van de 14C kernen plaats in 1 minuut. In een nieuw doek van dezelfde samenstelling zijn er 15 desintegraties per minuut. Hoe oud is dat schilderij als de halveringstijd van 14C 5730 jaar bedraagt ? 14.Vele radioactieve isotopen hebben belangrijke industriële en medische toepassingen. Eén van deze is 60Co, dat vervalt door uitsturen van een bèta-deeltje (met een energie van 0,31 MeV) en twee gamma-stralen (1,17 MeV en 1,33 MeV) met een halfwaardetijd van 5,2 jaar. Een wetenschappen wil een 60Co bron prepareren die na 30 maanden nog een activiteit heeft van minsten 370 GBq. Wat is de minimale initiële massa 60 Co hiervoor nodig ? Wat is het vermogen dat door de bron uitgestuurd wordt na 30 maand ?

5