04
Examen HAVO
20
natuurkunde 1,2
Hoger
Algemeen
Voortgezet
Onderwijs Tijdvak 1
Dinsdag 25 mei
13.30 – 16.30 uur
Als bij een vraag een verklaring, uitleg,
berekening of afleiding gevraagd wordt,
worden aan het antwoord meestal geen
punten toegekend als deze verklaring, uitleg,
berekening of afleiding ontbreekt.
Voor dit examen zijn maximaal 81 punten te
behalen; het examen bestaat uit 27 vragen. Geef niet meer antwoorden (redenen,
Voor elk vraagnummer is aangegeven hoeveel voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd.
punten met een goed antwoord behaald kunnen Als er bijvoorbeeld twee redenen worden
worden. gevraagd en je geeft meer dan twee redenen,
Voor de uitwerking van de vragen 4, 9, 20, 21, dan worden alleen de eerste twee in de
22, 25 en 26 is een uitwerkbijlage toegevoegd. beoordeling meegeteld.
400015-1-16o Begin
, Opgave 1 Broodrooster
De broodrooster die in figuur 1 is afgebeeld, heeft twee gloeistaven. Ze bevinden zich aan
weerskanten van de gleuf waar de snee brood in komt. In figuur 2 is ingezoomd op een van
de twee gloeistaven.
figuur 1 figuur 2
De broodrooster is aangesloten op 230 V en heeft een vermogen van 750 W.
De gloeistaven zijn parallel geschakeld.
4p 1 Bereken de weerstand van één gloeistaaf. Verwaarloos daarbij de weerstand van de
aansluitdraden.
Elke gloeistaaf heeft een dikte (diameter) van ongeveer 0,5 cm en is aan de buitenkant van
roestvrij staal. Van buitenaf is niet te zien of de gloeistaaf van massief staal is
(mogelijkheid a) of dat zich binnen een stalen omhulsel een veel dunnere gloeidraad
bevindt (mogelijkheid b). Zie figuur 3.
figuur 3 massief staal stalen omhulsel
a b
Ook zonder het apparaat uit elkaar te halen, is na te gaan welke mogelijkheid (a of b) zich
voordoet.
3p 2 Beschrijf een methode waarmee je kunt aantonen dat de gloeistaven wel of niet van massief
staal gemaakt zijn. Gebruik daarbij de formule voor de weerstand van een draad.
Vrij snel na het inschakelen zijn de gloeistaven roodgloeiend. Ze geven dan hun warmte
volledig af in de vorm van straling. Tijdens het roosteren hebben de staven een constante
temperatuur.
De stralingsenergie die één zo'n gloeistaaf per seconde afgeeft, wordt gegeven door de
formule:
Pstraling = 3, 20 ⋅10−10 ⋅ T 4 , waarin T de temperatuur van de gloeistaaf in kelvin is.
3p 3 Bereken de temperatuur van een gloeistaaf tijdens het roosteren.
400015-1-16o 2 Lees verder
, De broodrooster schakelt na een bepaalde tijd automatisch de stroom door de gloeistaven
uit. Dit kan worden nagebootst met een schakeling op een systeembord. In figuur 4 zijn de
belangrijkste verwerkers getekend waarmee men deze schakeling kan maken.
figuur 4
pulsgenerator
teller
telpulsen 128
0 5 Hz 64
32
16
aan/uit
8
4
2
reset 1
druk-
schakelaar geheugencel
s
naar
M
r A gloeistaven
Het inschakelen van de broodrooster wordt nagebootst met het indrukken van een
drukschakelaar. Als de drukschakelaar even wordt ingedrukt, ontstaat bij de set van de
geheugencel even een hoog signaal.
Zolang het signaal bij de uitgang van de geheugencel (A) hoog is, blijven de gloeistaven
aan; als het signaal bij A laag is, zijn ze uit.
De pulsgenerator staat ingesteld op een frequentie van 2,0 Hz.
Aan de schakeling worden de volgende eisen gesteld:
- de teller gaat lopen op het moment dat de gloeistaven worden ingeschakeld;
- de gloeistaven moeten na 40 seconde worden uitgeschakeld;
- de teller wordt automatisch gereset op het moment dat de gloeistaven worden
uitgeschakeld.
Figuur 4 staat vergroot op de uitwerkbijlage.
5p 4 Maak in de figuur op de uitwerkbijlage de schakeling compleet zodat aan bovengenoemde
eisen is voldaan.
Men kan de roostertijd langer maken door de frequentie van de pulsgenerator te veranderen.
Verder verandert men niets aan de schakeling.
2p 5 Leg uit of de frequentie van de pulsgenerator dan hoger of lager moet worden.
400015-1-16o 3 Lees verder
, Opgave 2 G-Force
In het pretpark Six Flags staat een attractie figuur 5
met de naam G-Force. Zie figuur 5.
De schuitjes draaien met grote snelheid rond
en gaan ondersteboven door het hoogste punt.
De attractie ontleent zijn naam aan de vaktaal
van straaljagerpiloten.
De G-force is gedefinieerd als de verhouding
van de kracht van de stoel op de piloot en de
zwaartekracht die op zijn lichaam werkt:
Fstoel
G-force =
Fz
Jo zit in een van de stoeltjes en voert een
nagenoeg verticale cirkelbeweging met een
constante snelheid uit. Tijdens deze beweging
wordt de kracht gemeten die het stoeltje op Jo uitoefent.
In figuur 6 is deze kracht (Fstoel) voor een aantal rondjes als functie van de tijd
weergegeven.
figuur 6
1800
Fstoel
(N) 1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
40 45 50 55 60
tijd (s)
De massa van Jo bedraagt 65 kg.
3p 6 Bepaal de maximale waarde van de G-force die Jo ondervindt.
Het zwaartepunt van Jo beschrijft een cirkel met een straal van 7,9 m.
3p 7 Toon aan dat Jo ronddraait met een snelheid van 11 m/s.
Omdat Jo een eenparige cirkelbeweging uitvoert, moet er een constante
middelpuntzoekende kracht op hem werken.
2p 8 Bereken de benodigde middelpuntzoekende kracht op Jo.
400015-1-16o 4 Lees verder
Examen HAVO
20
natuurkunde 1,2
Hoger
Algemeen
Voortgezet
Onderwijs Tijdvak 1
Dinsdag 25 mei
13.30 – 16.30 uur
Als bij een vraag een verklaring, uitleg,
berekening of afleiding gevraagd wordt,
worden aan het antwoord meestal geen
punten toegekend als deze verklaring, uitleg,
berekening of afleiding ontbreekt.
Voor dit examen zijn maximaal 81 punten te
behalen; het examen bestaat uit 27 vragen. Geef niet meer antwoorden (redenen,
Voor elk vraagnummer is aangegeven hoeveel voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd.
punten met een goed antwoord behaald kunnen Als er bijvoorbeeld twee redenen worden
worden. gevraagd en je geeft meer dan twee redenen,
Voor de uitwerking van de vragen 4, 9, 20, 21, dan worden alleen de eerste twee in de
22, 25 en 26 is een uitwerkbijlage toegevoegd. beoordeling meegeteld.
400015-1-16o Begin
, Opgave 1 Broodrooster
De broodrooster die in figuur 1 is afgebeeld, heeft twee gloeistaven. Ze bevinden zich aan
weerskanten van de gleuf waar de snee brood in komt. In figuur 2 is ingezoomd op een van
de twee gloeistaven.
figuur 1 figuur 2
De broodrooster is aangesloten op 230 V en heeft een vermogen van 750 W.
De gloeistaven zijn parallel geschakeld.
4p 1 Bereken de weerstand van één gloeistaaf. Verwaarloos daarbij de weerstand van de
aansluitdraden.
Elke gloeistaaf heeft een dikte (diameter) van ongeveer 0,5 cm en is aan de buitenkant van
roestvrij staal. Van buitenaf is niet te zien of de gloeistaaf van massief staal is
(mogelijkheid a) of dat zich binnen een stalen omhulsel een veel dunnere gloeidraad
bevindt (mogelijkheid b). Zie figuur 3.
figuur 3 massief staal stalen omhulsel
a b
Ook zonder het apparaat uit elkaar te halen, is na te gaan welke mogelijkheid (a of b) zich
voordoet.
3p 2 Beschrijf een methode waarmee je kunt aantonen dat de gloeistaven wel of niet van massief
staal gemaakt zijn. Gebruik daarbij de formule voor de weerstand van een draad.
Vrij snel na het inschakelen zijn de gloeistaven roodgloeiend. Ze geven dan hun warmte
volledig af in de vorm van straling. Tijdens het roosteren hebben de staven een constante
temperatuur.
De stralingsenergie die één zo'n gloeistaaf per seconde afgeeft, wordt gegeven door de
formule:
Pstraling = 3, 20 ⋅10−10 ⋅ T 4 , waarin T de temperatuur van de gloeistaaf in kelvin is.
3p 3 Bereken de temperatuur van een gloeistaaf tijdens het roosteren.
400015-1-16o 2 Lees verder
, De broodrooster schakelt na een bepaalde tijd automatisch de stroom door de gloeistaven
uit. Dit kan worden nagebootst met een schakeling op een systeembord. In figuur 4 zijn de
belangrijkste verwerkers getekend waarmee men deze schakeling kan maken.
figuur 4
pulsgenerator
teller
telpulsen 128
0 5 Hz 64
32
16
aan/uit
8
4
2
reset 1
druk-
schakelaar geheugencel
s
naar
M
r A gloeistaven
Het inschakelen van de broodrooster wordt nagebootst met het indrukken van een
drukschakelaar. Als de drukschakelaar even wordt ingedrukt, ontstaat bij de set van de
geheugencel even een hoog signaal.
Zolang het signaal bij de uitgang van de geheugencel (A) hoog is, blijven de gloeistaven
aan; als het signaal bij A laag is, zijn ze uit.
De pulsgenerator staat ingesteld op een frequentie van 2,0 Hz.
Aan de schakeling worden de volgende eisen gesteld:
- de teller gaat lopen op het moment dat de gloeistaven worden ingeschakeld;
- de gloeistaven moeten na 40 seconde worden uitgeschakeld;
- de teller wordt automatisch gereset op het moment dat de gloeistaven worden
uitgeschakeld.
Figuur 4 staat vergroot op de uitwerkbijlage.
5p 4 Maak in de figuur op de uitwerkbijlage de schakeling compleet zodat aan bovengenoemde
eisen is voldaan.
Men kan de roostertijd langer maken door de frequentie van de pulsgenerator te veranderen.
Verder verandert men niets aan de schakeling.
2p 5 Leg uit of de frequentie van de pulsgenerator dan hoger of lager moet worden.
400015-1-16o 3 Lees verder
, Opgave 2 G-Force
In het pretpark Six Flags staat een attractie figuur 5
met de naam G-Force. Zie figuur 5.
De schuitjes draaien met grote snelheid rond
en gaan ondersteboven door het hoogste punt.
De attractie ontleent zijn naam aan de vaktaal
van straaljagerpiloten.
De G-force is gedefinieerd als de verhouding
van de kracht van de stoel op de piloot en de
zwaartekracht die op zijn lichaam werkt:
Fstoel
G-force =
Fz
Jo zit in een van de stoeltjes en voert een
nagenoeg verticale cirkelbeweging met een
constante snelheid uit. Tijdens deze beweging
wordt de kracht gemeten die het stoeltje op Jo uitoefent.
In figuur 6 is deze kracht (Fstoel) voor een aantal rondjes als functie van de tijd
weergegeven.
figuur 6
1800
Fstoel
(N) 1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
40 45 50 55 60
tijd (s)
De massa van Jo bedraagt 65 kg.
3p 6 Bepaal de maximale waarde van de G-force die Jo ondervindt.
Het zwaartepunt van Jo beschrijft een cirkel met een straal van 7,9 m.
3p 7 Toon aan dat Jo ronddraait met een snelheid van 11 m/s.
Omdat Jo een eenparige cirkelbeweging uitvoert, moet er een constante
middelpuntzoekende kracht op hem werken.
2p 8 Bereken de benodigde middelpuntzoekende kracht op Jo.
400015-1-16o 4 Lees verder
