Pulsar uitwerkingen

Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk 1
■■
1
■■
1.1 Communicatie met de lichtsnelheid
1
Je verbrandt door de ultraviolette straling van de
zon.
2
Infrarode straling (warmtestraling). De delen van
het huis die een hogere temperatuur hebben dan
andere delen, zenden meer infrarode straling uit.
Communicatie
3
Radiogolven en röntgenstraling.
4
De communicatie gaat over grote afstanden.
De golven gaan dwars door muren en ramen.
Je hebt geen lange draden nodig.
5
Uv-straling is slecht voor je gezondheid. De
straling kan het erfelijk materiaal (DNA) in de
huidcellen beschadigen waardoor de kans op
huiskanker toeneemt.
6
Bij babyfoons heb je geen nummer dat je kiest. Als
iemand in de buurt is met net zo’n babyfoon kun je
storing krijgen. Op korte afstand is daar niet veel
kans op.
7
Infrarode straling gaat niet dwars door je heen.
8
Microgolven verwarmen voedsel in de magnetron.
Deze golven zijn in staat om water en vet
moleculen hard te laten trillen. Hierdoor wordt het
voedsel, dat altijd water of vet bevat, warm.
9
Afst. in m
Tijd in s
300 000
1s
380 000
?
? = 1 × 380 000 / 300 000 = 1,3 s.
Die afstand moet twee keer afgelegd worden:
eerst van vluchtleider naar de astronauten en dan
ook weer terug van astronauten naar de aarde.
Het antwoord wordt dan: 2 × 1,3 = 2,6 s
De sprinter heeft de grootste snelheid.
Bereken alle snelheden met een verhoudingstabel.
Afst. in m
Tijd in s
45
5
?=9
1
? × 5 = 45 × 1 dus ? = 45 : 5 = 9
snelheid van de poes is 9 m/s
115
12
? = 9,6
1
? × 12 = 115 × 1 dus ? = 115 : 12 = 9,6
snelheid van de hond is 9,6 m/s
Afst. in m
Tijd in s
100
9,9
? = 10,1
1
? × 9,9 = 100 × 1 dus ? = 100 : 9,9 = 10,1
snelheid van de sprinter is 10,1 m/s
11
7,5 keer.
In 1 seconde legt de radiogolf een afstand af van
300 000 km.
Aantal keer
om aarde
afstand
1
?
40 000
12
340 m/s
Afst.
Tijd
1224 km
1 uur
1224000 m
3600 s
?
1s
? = 1 × 1224 000 / 3600 = 340 m
De snelheid is dus 340 m/s.
13
6,3 km/h.
Afst.
Tijd
350 m
200 s
? = 6300 m
3600 s
6,3 km
1 uur = 1h
? = 350 × 3600 / 200 = 6300 m
De snelheid is dus 6,3 km/h.
14 a
b
c
d
e
2 ∙ 109 × 6 ∙ 1010 = 1,2 ∙ 1020
8 ∙ 1014
6 ∙ 106
3 ∙ 106
2244
15 a 5,63 m/s
Reken eerst de tijd om naar seconden:
2 h 04 min 55 s =
2 × 3600 + 4 × 60 + 55 = 7495 s
en de afstand naar meter:
42,195 km = 42195 m
Gebruik de formule (verhoudingstabel mag
natuurlijk ook)
s = v∙t
Vul de formule in:
42195 = v × 7495
En bereken de snelheid v:
v = 42195 / 7495 = 5,63 m/s
© Noordhoff Uitgevers bv
300 000
? = 1 × 300 000 / 40 000 = 7,5
2,6 s.
Bereken eerst hoe lang het duurt voor een
elektromagnetische golf om met een snelheid van
300 000 km/s een afstand af te leggen van
380 000 km. Met een verhoudingstabel:
Afst. in km
Tijd in s
10
Uitwerkingen
1
Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk 1
19 a 4,05 ∙ 1013 km
b 20,3 km/h
Met een verhoudingstabel:
Afst.
Tijd
5,63 m
1s
? = 20268 m
3600 s
20,3 km
1 uur (h)
Bereken de tijd t (in s):
t = 4,05 ∙ 1013 / 300 000 = 1,35 ∙ 108 s
1,35 ∙ 108 s = 3,75 ∙ 104 uur = 1563 dag = 4,3 jaar.
?
7,4
? = 340 × 7,4 = 2516 m
b 3,4 km
Het vliegtuig legt een afstand af van 460 m in 1 s:
Afstand in m
Tijd in s
460
1
?
7,4
? = 460 × 7,4 = 3404 m = 3,4 km.
c Op het moment dat het geluid je oor bereikt (na
7,4 s), is het vliegtuig al een heel eind (3,4 km)
verder. De tijd die het licht nodig heeft om je oog
te bereiken is te verwaarlozen.
17 a 5,5 uur
Het radiosignaal legt in 1 s een afstand af van
300 000 km.
Afstand
Tijd
300 000 km
1s
b 4,3 jaar
Nu een keer met de formule:
s = v∙t
Vul de formule in:
4,05 ∙ 1013 = 300 000 × t
(afstand in km en de snelheid in km/s)
? = 5,63 × 3600 / 1 = 20268 m
De snelheid is dus 20,3 km/h.
16 a 2516 m.
Met een verhoudingstabel:
Afstand in m 340
Tijd in s
1
Uitwerkingen
5900 000 000 km
?
? = 5 900 000 000 × 1 / 300 000 = 19 667 s =
5,5 uur.
b 70896 km/h
Bereken eerst het aantal uur dat de reis geduurd
heeft.
De tijd is 9 jaar en 6 maanden (9,5 jaar)= 3468
dagen. (We rekenen met: 1 jaar = 365 dag)
c Als je deze ster zou zien ontploffen is dat in
werkelijkheid 4,3 jaar eerder gebeurd. Hoe verder
een ster weg staat des te langer heeft het licht er
over gedaan.
d 9,46 ∙ 1012 km
een lichtjaar is de afstand die het licht in een jaar
aflegt.
Een jaar is 365 dagen. Een dag is 24 h. Een uur is
3600 s.
Een jaar is dus:
365 × 24 × 3600 = 31 536 000 s
De afstand van één lichtjaar wordt dan:
s = v ∙ t = 300 000 × 31 536 000 = 9,46 ∙ 1012 km.
(snelheid in km/s, de tijd in s en de afstand in km)
20 a 126 000 km/s
Bereken eerst hoe groot 1% van de lichtsnelheid is
en daarna hoe groot 42% van de lichtsnelheid is.
1% = 300 000 / 100 = 3000 km/s
42 % = 42 × 3000 = 126 000 km/s
b Antwoord B
Bij glas is de snelheid 1/3 minder, dus 1/3 van
300 000 = 100 000 minder
300 000 – 100 000 = 200 000 dus antwoord B.
Dit is 3468 × 24 = 83232 uur.
De gemiddelde snelheid in km/h wordt dan:
Afstand
Tijd
5900 000 000 km
83232 uur
? km
1 uur
? = 5 900 000 000 × 1/ 83232 = 70896 km/h
18 a 4,4 s
Afstand
Tijd
342 m
1s
1500 m
?s
? = 1500 × 1 / 342 = 4,4 s
b Die tijd is zo kort (0,00 0005 s) dat je die tijd mag
verwaarlozen.
© Noordhoff Uitgevers bv
2
Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk 1
■■
1.2 Informatie in golven
21
practicum
Uitwerkingen
28
22 a de waterdeeltjes
b de luchtdeeltjes
c Bij elektromagnetische golven is er geen stof die
trilt. Het bijzondere van elektromagnetische golven
is juist dat ze door een ruimte kunnen gaan waar
geen enkel deeltje aanwezig is (vacuüm).
23 a Men dacht dat er zonder stof ook niets kon trillen.
b De aarde beweegt dan door de ether. De
lichtsnelheid tegen deze ‘etherwind’ in zou dus
kleiner zijn.
24 a lichtcel, accu
b stopcontact, dynamo.
25
0,00000134 s
Gebruik de formule f = 1/T
f = 1/747000 = 0,00000134 s
In het venster van je rekenmachine verschijnt
misschien: 1,338688 E -06.
Dit betekent dat je de komma 6 plaatsen naar
links moet schuiven:
0,000001338688 s.
Waneer je dat afrondt, krijg je: 0,00000134 s.
Meer details over de notatie van kleine getallen
vind je op blz. 117 van je leerboek.
FM vind je vaak in de naam van radiozenders:
bijvoorbeeld radio 3 fm.
29 a 3,03 ∙ 10-15 s
In 1 seconde zitten 3,3 · 1014 trillingen.
Eén trilling duurt dan: 1/3,3 · 1014 = 3,03 ∙ 10-15 s
De exponent -15 betekent hier dat de komma 15
plaatsen naar links opschuift:
0,00 000 000 000 000 303 s
b 6,6 · 1012
in 1 s heb je 3,3 · 1014 trillingen.
Het aantal pulsen vind je door dit getal door 50 te
delen:
3,3 · 1014 : 50 = 6,6 · 1012
30 a digitaal
b Bij digitale signaalverwerking wordt met codes
gewerkt. Bij de verwerking van de codes worden
storingen verwijderd.
31
B en C
32
practicum
33 a f = 1/T = 1/1,337 = 0,7479 Hz
b In de doos zit de ontvanger van de signalen uit de
ruimte. De paraboolantenne bundelt de
elektromagnetische straling die uit de ruimte komt
naar één punt en in dat punt is de ‘doos’ geplaatst.
26 a 0,020 s
Eén patroon duurt 20 ms = 20 milliseconde =
0,020 s. De trillingstijd T is dan ook 0,020 s.
b 50 Hz
f = 1/T = 1/0,020 = 50 Hz
c De frequentie.
Het wieltje zal sneller draaien, de tijd T wordt
kleiner, dus de frequentie f groter.
d 10,8 km/h
Als de buitenkant van het wieltje van de dynamo
6 cm aflegt, draait het wiel ook 6 cm en gaat de
fiets dus 6 cm vooruit.
De fiets gaat 0,06 m vooruit in 0,020 s.
De snelheid is weer te berekenen met een
verhoudingstabel:
Afstand 0,06 m
Tijd
0,020 s
?=3m
1s
?? = 10800
3600 s
? = 0,06 × 1 / 0,020 = 3 m
?? = 3600 × 3 / 1 = 10800 m
De snelheid in km/h wordt dan 10800 m in 1 uur =
10,8 km/h.
27 a Bij wisselstroom verandert de stroom steeds van
richting
b Bij gelijkstroom loopt de stroom steeds dezelfde
kant op
c Frequentie is het aantal trillingen per seconde
d Trillingstijd is de tijd van één trilling
e Modulatie is het meesturen van informatie met een
golf
f Amplitude is de maximale uitwijking bij een trilling
© Noordhoff Uitgevers bv
3
Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk 1
■■
1.3 Luidspreker en microfoon
34 a
b
c
d
je stembanden
lucht (meestal)
elektrische stroompjes
bij elektromagnetische golven is er geen stof die
trilt.
35 a De elektrische trillingen moeten gecodeerd worden
en met de wisselstroompjes meegegeven door
middel van modulatie.
b opslaan van telefoonnummers, kiezen van
nummers, opslaan van plaatjes enzovoort.
36 a De frequentie heeft te maken met de toonhoogte
van het geluid dat het mobieltje produceert en dat
hangt weer af van het signaal dat het mobieltje
oppikt. Hoe hoger de toon des te groter is de
frequentie.
b Wisselstroompjes met informatie (die volgen de
trillingen van het geluid dat het mobieltje opvangt)
en wisselstroompjes om de elektromagnetische
golf te maken (de draaggolf met een zeer hoge
frequentie) die de antenne van je mobiel verlaat.
Uitwerkingen
48
Een elektromagneet kun je uitzetten. Dat is handig
als de kraan het ijzer weer moet loslaten.
49
Door het magneetveld van de spoel worden de
elementaire magneetjes in de kern gericht. Er
komt dus in feite een extra magneet in de spoel te
zitten. Hierdoor wordt het magneetveld versterkt.
50
Elektromagneten kosten elektrische energie.
Permanente magneten niet.
51 a geluid  microfoon  wisselstroompjes 
gecodeerd signaal  elektromagneet  bandje.
b Door de elektromagneet stuur je een wisselstroom
met een hoge frequentie. De hoge frequentie van
het magneetveld schudt de elementaire
magneetjes op de band weer door elkaar.
52
De elektromagneet van de spoel en de
permanente magneet.
53 a Het spoeltje moet licht zijn zodat het makkelijk trilt.
b Door het geluid hard te maken: de amplitude van
de trillingen van de luchtdeeltjes is dan groot.
Een luidspreker zet elektrische trillingen om in
geluid, een microfoon zet geluid om in elektrische
trillingen. Dus precies de omgekeerde functie.
54
<pulsje>
55
practicum
38
practicum
39
practicum
40
practicum
41
practicum
56 a Als de magneet die aan het membraan vast zit,
trilt, verandert het magneetveld in de spoel ook.
Doordoor heb je weer inductie: in het spoeltje gaat
een wisselend stroompje lopen.
b Een magneet is vrij zwaar, zware voorwerpen zijn
moeilijk in beweging te krijgen, zeker door zwakke
luchttrillingen.
42
practicum
57
43
Hoe dichter je bij de polen komt, des te groter is
die afwijking.
44
C
45
IJzer wordt door de magneet zelf magnetisch door
influentie. Hierdoor wordt het magneetveld van de
aarde verstoord.
37
De paraboolspiegel weerkaatst het geluid dat uit
één richting komt naar de microfoon. Zwakke
geluiden worden zo versterkt.
58 a 500/0,25 = 2000 keer groter
b Ja inderdaad, alleen is dat niet veel.
c Bij sms’en houd je je telefoon niet bij je hoofd.
46 a naar de magneet
b hetzelfde, ook naar de magneet
c zonder magneet in de buurt:
met magneet in de buurt:
4
< illustratie: uit het leerboek blz. 24 >
47
practicum
© Noordhoff Uitgevers bv
Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk 1
■■
Uitwerkingen
1.4 Signalen uit de ruimte
b de teruggekaatste lichtstralen:
59 a De golven gaan rechtdoor en door de kromming
van de aarde verdwijnen ze van het oppervlak.
b Als je de mast boven op de berg zet, kom je
verder.
60 a Als je een dwarsdoorsnede maakt, krijg je de vorm
van een parabool.
b In het brandpunt waar de straling samenkomt.
61
62
63
64
Bevestig de paraboolspiegel zo aan een statief dat
je hem richting zon kunt draaien. Zoek uit waar het
brandpunt ligt door de spiegel in de zon te houden
en met een stuk papier te kijken waar het meeste
licht komt.
Meet de plaats van dit punt op en maak met
statiefmateriaal een glashouder, zo dat het glas in
het brandpunt komt.
Voor een betere terugkaatsing bedek je de
parabool met aluminiumfolie.
De spiegel zorgt ervoor dat het op de plaats van
het glas zeer heet kan worden.
Met paraboolantennes kun je kennelijk ook tvsignalen uitzenden. De paraboolzender zorgt
ervoor dat de uitgezonden straling niet alle kanten
‘uitvliegt’ maar als een strakke bundel uitgezonden
wordt in de richting van een ontvangstantenne in
Hilversum. De bundel kan ook op een
communicatiesatelliet gericht worden. De satelliet
zendt de informatie dan weer door naar de plaats
van bestemming.
Bij spiegelende terugkaatsing kaatst licht in één
richting terug, terwijl bij diffuse terugkaatsing licht
in alle richtingen terugkaatst.
practicum
65 a de normalen:
66
1 A, 2 C, 3 C, 4 A, 5 B
67
0,24 s
De totale afstand heen en terug is 2 × 36 000 =
72 000 km.
Afstand
Tijd
300 000 km
1s
72000 km
?s
? = 72 000 / 300 000 = 0,24 s.
68
Omdat een polaire satelliet niet met de aarde
meedraait.
69
Als de satelliet stil staat ten opzichte van de aarde,
hoef je niet steeds de antenne te blijven richten.
70 a Met de formule:
s = v∙t
40 000 = v × 24
v = 40 000 / 24 = 1667 km/h
b Veel groter, want hij legt in dezelfde tijd een veel
grotere cirkel af.
71 a Bij een geostationaire satelliet krijg je één stip.
b Daar is het dag en het wordt daar donker. De zon
gaat van oost naar west. Het verlichte deel schuift
daardoor naar rechts. De zon gaat in het westen
onder.
c De zon staat ten zuiden van de evenaar. Of: op de
noordpool wordt het niet licht, dus daar is de
poolnacht  winter. Dus zomer op het zuidelijk
halfrond.
d v = 7,7 ∙ 103 m/s
De straal van de cirkelbaan van de satelliet is:
r = 6400 + 400 = 6800 km = 6,8 ∙ 106 m.
Invullen in de formule:
v2 = 4 ∙ 1014 / 6,8 ∙ 106 = 5,88 ∙ 107
v = 7,7 ∙ 103 m/s
e eigen antwoord
© Noordhoff Uitgevers bv
5
Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk 1
72
Uitwerkingen
Elke baan van een satelliet moet het centrum van
de aarde als middelpunt van de cirkelbaan
hebben. Die baan over Nederland kan er zo uit
zien:
wordt.
v2 wordt dan ook kleiner en dus wordt de snelheid
v kleiner.
Jan Willem heeft gelijk.
2
 v 
78 a remweg  0,75  
 10 
remweg in meter en v in km/h.
b remweg = 0,75 × (50/10)2 = 19 m.
79
73
In beide richtingen. De provider kan meten dat
mobieltjes langzaam van cel A via cel B naar cel C
bewegen, maar ook dat er mobieltjes langzaam de
andere kant opgaan: van cel C via cel B naar cel
A.
Op zulke grote hoogtes kun je geen gedetailleerde
foto’s maken.
74 a 7,70 km/s
De straal r van de cirkelbaan van het ISS is:
r = 6400 + 350 = 6750 km
Invullen in de formule:
v2 = 4 ∙ 1014 / 6,750 ∙ 106 = 5,93 ∙ 107
v = 7,70 ∙ 103 m/s = 7,70 km/s
b omtrek = π ∙ diameter = 2 ∙ π ∙ straal = 42412 km
c omloopstijd = omtrek : snelheid
= 42412 km : 7,70 km/s = 5508 s = 1,53 uur =
1 uur en 32 min. Dat antwoord komt overeen met
de omlooptijd uit de tekst.
75 a De zon komt in het oosten op. De zon lijkt van het
oosten naar het westen te draaien. In feite staat de
zon stil maar draait de aarde van het westen naar
het oosten.
b De satellieten staan dichter bij dan geostationaire
satellieten en bewegen dus sneller dan de aarde.
Ze bewegen dus van west naar oost.
76
De straal van de cirkelbaan van de geostationaire
satelliet is:
r = 36 000 + 6400 = 42400 km = 4,24 ∙ 107 m
v2 = 4 ∙ 1014 /4,24 ∙ 107 = 9,4 ∙ 106
v = 3071 m/s.
De omtrek van die cirkelbaan is: = 2 ∙ π ∙ straal =
2π × 4,24 ∙ 107 = 2,66 ∙ 108 m.
s = v∙t
2,66 ∙ 108 = 3071 × t
t = 2,66 ∙ 108 /3071 = 8,67 ∙ 104 s
8,67 ∙ 104 s = 8,67 ∙ 104 / 3600 = 24 uur.
Klopt dus.
77
v2 
4  1014
r
Klopt, als ze verder weg staan is de afstand r
groter. Je deelt het getal 4 ∙ 1014 door een groter
getal zodat de uitkomst van de breuk kleiner
© Noordhoff Uitgevers bv
6
Pulsar Natuurkunde 2e vwo 3 Hoofdstuk 1
■■
Toepassing
80
Amplitudemodulatie. De maximale uitwijking van
de trillingen gaan van hoog naar laag (zowat nul)
en weer terug.
81
Dolfijnen en sommige walvissen (orka’s
bijvoorbeeld)
82
0,071 s
Het geluid moet heen en weer. De totale afstand is
dan 24 m.
Met een verhoudingstabel:
Afstand
Tijd
340 m
1s
Uitwerkingen
De bundel van een zaklantaarn waaiert lekker uit.
92
practicum
24 m
?s
? = 1 × 24 / 340 = 0,071 s
83 a De frequentie moet omlaag. Het geluid van de
vleermuis is onhoorbaar omdat het ultrasoon is,
dat wil zeggen dat de frequenties die in het geluid
voorkomen hoger zijn dan 20 000 Hz.
b Dat de pieptoon die de fietsen veroorzaken een
frequentie heeft die voor ons onhoorbaar is.
Honden zouden de fietsen al van verre horen
aankomen.
c Het geluid van een bushokje is een constant
zoemen en een vleermuis maakt geen constante
toon. Een vleermuis schreeuwt een serie korte
pulsjes en dat lijkt een beetje op het tjok tjok geluid
van de elektriciteitskast.
84
practicum
85
Internetvraag
86
Ja: licht
87
SOS
88
amplitude modulatie
89
Maak niet uit; beide zijn elektromagnetische
golven.
90 a 90 000 km
Het licht legt in 1 s een afstand af van 300 000 km.
Afstand
300 000 km
? km
Tijd
1s
0,3 s
? = 0,3 × 300 000 = 90 000 km
b 9 ∙ 104 km
c Een seconde lichtstraal heeft een lengte van 300
000 000 meter. Dat zijn 150 000 000 stukjes ‘licht’
en 150 000 000 stukjes ‘donker’. De lamp moet
dus 150 000 000 keer per seconde aangezet
worden en 150 000 000 keer uit. Dat is totaal
300 000 000 keer = 3 ∙ 108 keer.
d Nee, dat gaat veel te snel.
91
De lichtstraal van de laserpen blijft een zeer dunne
bundel, die je alleen kunt zien als hij in je oog valt.
© Noordhoff Uitgevers bv
7