Versie - natuurkunde

Oefentoets schoolexamen 5 Vwo
2015
Periode 4
Donderdag 7 Januari: 11:30 – 13:30
Natuurkunde
Leerstof:
Hoofdstukken 2, 4 en 9 ) + vaardigheden
Tijdsduur:
90 minuten
Versie:
A
Vragen:
30
Punten:
Hulpmiddelen: Niet grafische rekenmachine, binas 6de druk
Opmerking:
Let op dat je alle vragen beantwoordt.
Aantal ll:
VEEL SUCCES!
Oefentoets schoolexamen • natuurkunde (5 Vwo)
De werkelijke toets bevat minder vragen. Ik denk dat deze oefentoets wel een
groot gedeelte van de leerstof aan bod laat komen en dus nuttig is.
3p
Opgave 1: Bewegen in het verkeer
Als je in een auto zit die van achteren aangereden wordt dan kan dat een whiplash
veroorzaken. Bij een whiplash krijg je een blessure aan je nek omdat je hoofd ten
opzichte van je lichaam naar achteren klapt.
Vraag 1 Leg uit hoe een whiplash veroorzaakt wordt door een botsing van
achteren. Gebruik in je antwoord het begrip traagheid.
Opgave 2: Tramnoodstop
Als een tram een noodstop maakt, worden naast de gewone rem (remmen op de
motor) ook nog trommelremmen op de assen en railremmen (grote magneten)
ingeschakeld. Vooral bij nat weer bestaat het gevaar dat de tram in een slip raakt en
uit de rails vliegt. Dit gevaar is te bestrijden met een veiligheidssysteem dat de
remstroom in de motor even onderbreekt als er een slip geconstateerd wordt. De
rem wordt weer ingeschakeld als de tram uit de slip komt. In figuur 1 zie je het (v, t)diagram van zo’n remmende en slippende tram.
Figuur 1 – Grafiek bij een slippende tram.
3p
Vraag 2
Bepaal de remweg van de tram bij deze noodstop.
4p
De massa van de tram is 1200 kg.
Vraag 3 Bereken de maximale resulterende kracht op deze remmende tram.
4p
Vraag 4
Bereken hoeveel arbeid de remmen moeten leveren om de tram tot
stilstand te brengen.
2
Oefentoets schoolexamen • natuurkunde (5 Vwo)
3p
Opgave 3: Startbaan
Een vliegtuig met een massa van 2,2 Mg heeft een snelheid van ongeveer 300 km/h
nodig om te kunnen starten. Een start- en landingsbaan heeft een lengte van 2400
m. Voor een veilige start moet het vliegtuig al na 1800 m de vereiste snelheid van
300 km/h hebben om te kunnen starten. Neem aan dat de versnelling tijdens de start
constant is.
Vraag 5 Toon aan dat het 0,72 minuten nodig heeft om de 1800 m af te leggen.
3p
Vraag 6
2p
Na de start is het hellingspercentage waarmee het vliegtuig opstijgt 13% en blijft
gedurende enige tijd constant.
Vraag 7 Leg uit wat we met het hellingspercentage aangeven.
3p
De liftkracht van de vleugels staat loodrecht op de richting waarin het vliegtuig vliegt.
Vraag 8 Bereken hoe groot de liftkracht is als het hellingspercentage 13% is.
1p
Bereken de minimale versnelling tijdens deze start.
Opgave 4: Valsnelheid
Een kogel valt van een hoogte van 100 m naar beneden. De luchtwrijving is te
verwaarlozen. In figuur 2 is het (s, t)-diagram waarin staat weergegeven welk
verband er is tussen de tijd dat een voorwerp valt en de afstand die hij dan aflegt.
Vraag 9 Geef de naam van de valbeweging waarbij de wrijvingskrachten
verwaarloosd mogen worden.
4p
Vraag 10 Bepaal de gemiddelde snelheid van de kogel tijdens de 100 m val.
6p
Vraag 11 Bepaal op 3 manieren de eindsnelheid van de kogel.
Figuur 2 (valbeweging van een zware kogel)
3
Oefentoets schoolexamen • natuurkunde (5 Vwo)
4p
4p
3p
3p
Opgave 5: Hardlopen
Een hardloper begint met een sprint en oefent daarbij een constante kracht van 75 N.
De massa van de sprinter is 72 kg.
Vraag 12 Bereken wat de minimale tijd is die de sprinter nodig heeft om een
snelheid te bereiken van 25 km/h.
Omdat er wrijvingskrachten werken, heeft de sprinter echter langer nodig, namelijk
10 s.
Vraag 13 Bereken hoe groot de wrijvingskrachten gemiddeld op de persoon waren
gedurende deze 10 s.
Vraag 14 Leg uit waarom het vermogen van de loper toeneemt, ondanks dat zijn
voorwaartse kracht constant is.
De hardloper probeert zijn snelheid steeds verder op te voeren, maar op een
gegeven moment heeft hij zijn topsnelheid van 27 km/h bereikt.
Vraag 15 Leg uit of vanaf dat moment de voorwaartse kracht die de hardloper
uitoefent, groter, kleiner, of gelijk is aan de wrijvingskrachten.
3p
Vraag 16 Bereken het vermogen bij topsnelheid.
2p
Opgave 6: Honden uitlaten.
Twee honden worden uitgelaten en lopen op zeker moment met een constante
snelheid van 3,4 m/s door de straat. De ene hond (A) oefent een kracht uit van 60 N,
de andere hond (B) een kracht van 50 N. De hoek die deze krachten maken is 50°
met elkaar.
Vraag 17 Leg uit of deze 2 krachten een krachtenpaar vormen.
4p
Vraag 18 Teken deze krachten en teken hun resultante.
4p
Vraag 19 Bepaal de arbeid die de hond (A) in 6,0 seconden verricht.
4p
Opgave 7: De lamp
Aan twee draden van elk 1,20 m lengte hangt een lamp met een
massa van 3,6 kg. De draden maken een hoek van 30° met de
horizontaal, zie figuur 1.
Vraag 20 Bepaal de spankracht in een draad.
Figuur 1
4
Oefentoets schoolexamen • natuurkunde (5 Vwo)
3p
4p
Opgave 8: Blokje op de helling
Op een hellend vlak wordt een blok met massa 7,6 kg gelegd, zie figuur. De
maximale wrijvingskracht die het blok van het vlak ondervindt is 20 N. In de figuur is
de zwaartekracht getekend. De helling heeft een hoogte van 2,2 m.
Vraag 21 Bepaal welk hellingspercentage dit figuur heeft.
Toon aan dat het hellingspercentage gelijk is aan 36 %.
Vraag 22 Leg met behulp van een berekening uit of het blokje in deze situatie stil
blijft liggen.
Voor de normaalkracht geldt op een helling dat deze gelijk is aan: FN = Fz∙cos (α).
Hierbij is α de hoek tussen helling en horizontaal vlak.
3p
Bij een hoek α van 20 graden blijkt de maximale wrijvingskracht 32 N te zijn.
Vraag 23 Bereken de schuifwrijvingscoëfficiënt voor deze helling.
4p
Vraag 24 Bereken met welke kracht je het blokje moet duwen om het een
versnelling te geven van 1,0 m/s2 omhoog.
4p
Vraag 25 Bereken hoeveel arbeid je moet verrichten om het blok 2,2 m te
verplaatsen.
5
Oefentoets schoolexamen • natuurkunde (5 Vwo)
Opgave 9: De bobslee
Bij het duwen van de bobslee, massa 15,0 kg, wordt de kracht gemeten als functie
van de afstand, tot het moment dat de persoon die duwt in de slee springt. Dat levert
het volgende (F, s)-diagram op:
Figuur 2
3p
Vraag 26 Toon aan dat de arbeid van de duwer gelijk is aan 600 J 750 N.
3p
Vraag 27 Bereken de snelheid die de bobslee dan heeft.
Laatste opgave: zie volgende bladzijde
6
Oefentoets schoolexamen • natuurkunde (5 Vwo)
Opgave 10: Luchtweerstand
Een rijdende auto ondervindt lucht- en rolwrijving. De formule voor de luchtweerstand
luidt:
FW,l = ½ ∙ CW ∙ A ∙ ρ ∙ v2
2p
1p
4p
Hierbij staat Fw,l voor de luchtweerstand in [N], Cw voor de luchtwrijvingscoëfficiënt
(geen eenheid), A voor het frontaal oppervlak in [m 2] , ρ voor de dichtheid van de
lucht in [kg/m3] en v voor de snelheid in [m/s].
Vraag 28 Laat met behulp van de formule zien dat Cw inderdaad geen eenheid
heeft.
Vraag 29 Geef aan welk verband er is tussen het frontaal oppervlak en de snelheid.
Voor de rolweerstand geldt dat deze steeds 100 N is.
Vraag 30 Stel een formule op voor de totale weerstand die de auto ondervindt en
bereken daarmee wat de maximale snelheid is die de auto kan halen als
de voorwaartse kracht gelijk is aan 324 N, het frontaal oppervlak 2,3 m2
bedraagt en Cw = 1,2 (in laatste versie toegevoegd).
In de figuur 3 is te zien hoe de beide weerstandkrachten afhangen van de snelheid.
5p
De auto rijdt over een afstand van 25 km met een constante snelheid over een
horizontale weg en verricht daarbij een arbeid van 13,5 MJ.
Vraag 31 Bepaal lang de auto over deze 25 km gedaan heeft.
4p
Het rendement van de auto blijkt tijdens de 25 km gelijk te zijn aan 48 %.
Vraag 32 Bereken het benzinegebruik per 100 km.
Figuur 3
7