Click here to load reader

Vaje iz fizike za biologe

  • View
    103

  • Download
    8

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Gradivo za vaje iz fizike za študente biotehnične fakultete, biologijo

Text of Vaje iz fizike za biologe

dr. Andreja Sarlah

Fizika (BF, Biologija)gradivo za vaje 2010/11

Vsebina1. vaje: Newtnovi zakoni gibanja: kinematika, sile, navori, energija 2. vaje: Coulombov zakon, elektrino polje c 3. vaje: Kondenzatorji 4. vaje: Raunanje tokov v elektrinih krogih c c 5. vaje: Magnetno polje in primeri indukcije 6. vaje: Odziv snovi na obremenitev ter elektrino in magnetno polje c 7. vaje: Valovanje in valovna optika 8. vaje: Uporaba lomnega in odbojnega zakona 9. vaje: Leja in gorine razdalje, dioptrija c sc 2 4 5 6 8 9 10 11 12

Andreja Sarlah, UL FMF

Fizika (BF, Biologija) 2010/11

1.

vaje: Newtnovi zakoni gibanja: kinematika, sile, navori, energija

1. V ZDA merijo temeraturo v stopinjah Fahrenheita. Med stopinjami Fahrenheita in Celzija velja linearna odvisnost, pri emer je ledie (0 C) pri 32 F, c sc vrelie vode (100 C) pa pri 212 F. Koliko stopinj Fahrenheita ustreza 37 C sc in 40 C? (TF (TC ) =1,8 F/ TC + 32 F; 98,6 F; 104 F) 2. Podvojitveni as za celice v celini kulturi je 1,5 dni. V koliknem asu se c c s c tevilo celic v kulturi podeseteri, postoteri, potisoeri? s c (N (t) = N0 2(t/t2 ) ; 5 dni; 10 dni; 15 dni) 3. Plavamo ez 5 metrov iroko reko, ki tee s hitrostjo 2 m/s. Hitrost naega c s c s plavanja je 1 m/s. (a) Pod katerim kotom glede na tok reke moramo plavati, da bomo im manj asa v vodi? Za koliko nas pri tem reka odnese s tokom? c c (b) Pod katerim kotom glede na tok reke moramo plavati, da nas bo reka im c manj odnesla? (90 ; 10 m; 120 ) 4. Ko v skreni roki (pravi kot) drimo ute, si v prvem pribliku lahko predc z z z stavljamo, da vso teo drimo le z nadlaktnim bicepsom. Masa utei je 10 z z z kilogramov, maso roke pa lahko zanemarimo. Razdalja med komolcem in ramo (rR ) je 30 cm, razdalja med komolcem in dlanjo (rD ) pa 40 cm. Miica s prijemlje na razdalji (rM ) 5 cm od komolca. S kolikno silo je napeta miica? s s Kako pa je, e masa roke ni zanemarljiva? c (811 N) 5. Kako visoko lahko najve brizgne kri iz predrte arterije, v kateri je tlak 80 mmHg? c Gostota krvi je 1060 kg/m3 , njena hitrost v arteriji pa 0,05 m/s. Gostota ivega z 3 srebra je 13550 kg/m . (1 m) 6. Tipina ptica selivka leti s hitrostjo 50 km/h in pri tem v 1 uri porabi zalogo c maobe, ki ustreza 0,5 % njene mase. Ocenite, s koliknim izkoristkom leti sc s ptica, e predpostavite, da je delo, ki ga opravi za 1 km poleta, enako delu za c dvig za 100 m. Pri izgorevanju maobe se sprosti 37 kJ/g energije. sc (27 %) 7. Neki teka v 1,7 s iz mirovanja enakomerno pospei do najveje hitrosti, nato c s c pa ohranja to hitrost. Kolikna mora biti najveja hitrost, e naj izenai s c c c svetovni rekord na 200 m, to je 19,19 s? Koliken je njegov pospeek? s s 2 (10,9 m/s; 6,4 m/s ) 8. Pri skoku v daljino se po zaletu atlet odrine od tal s hitrostjo 10,5 m/s v vodoravni smeri in s hitrostjo 4,85 m/s v navpini smeri. Kako dolg bi bil c njegov skok, e bi bil zrani upor zanemarljiv, atlet pa med skokom ne bi c c 2

Andreja Sarlah, UL FMF

Fizika (BF, Biologija) 2010/11

spreminjal oblike? Svetovni rekord znaa 8,95 m. s (10,5 m) 9. Miina masa organizmov in s tem sila, ki jo miice lahko nudijo, je sorazmerna sc s 2 z L , kjer je L tipina dimenzija organizma. Celotna masa organizma je soc 3 razmerna L . Ocenite, kako se s tipino dimenzijo organizma spreminja viina, c s do katere lahko organizem skoi iz pokrenega poloaja! Najveja viina, do c c z c s katere iz poepa (priblino 30 cm) skoi lovek z maso 70 kg, je 60 cm. Koc z c c likna je pri tem sila nog? Kolikna pa je mo miic, e pri skoku delujejo s s c s c 0,25 s? (2,1 kN; 2,5 kW)

3

Andreja Sarlah, UL FMF

Fizika (BF, Biologija) 2010/11

2.

vaje: Coulombov zakon, elektrino polje c

1. Enaki kroglici z maso 8 g in polmerom 10 mm visita na vrvicah z dolino 20 cm. z Vrvici sta na prostem koncu pritrjeni v skupni toki. Kroglici naelektrimo c in staknemo, da se naboja izenaita, nato ju spustimo, da se razmakneta. c Koliken je naboj na kroglicah, e sta v ravnovesju razmaknjeni za 10 cm? s c (0,20 As) 2. Kroglici iz prejnje naloge potopimo v alkohol z gostoto 800 kg/m3 . Razdalja s med kroglicama se zmanja na 4 cm. Kolikna je dielektrinost alkohola? s s c (14,2) 3. Izraunajte polje na simetrali elektrinega dipola (nasprotno predznaena naboja c c c e na razdalji 2a)! (Ey (x) = 2ea/[40 (a2 + x2 )3/2 ]) 4. Izraunajte polje na simetrali med dvema tokastima kroglicama, ki nosita c c enak (po velikosti in predznaku) naboj e na razdalji 2a! Kje je polje najveje? c 2 2 3/2 (Ex (x) = 2ea/[40 (a + x ) ]; x(Emax ) = a/ 2) 5. Tokasta naboja e1 = 1010 As in e2 = 2 1010 As sta razmaknjena za c 6 cm. Kje na njuni zveznici je elektrina poljska jakost enaka 0? c (17,5 cm) 6. V oglia enakostraninega trikotnika s stranico 2 cm postavimo tri enake sc c kroglice z nabojem 5 As in z maso 5 g. Kolikna je njihova hitrost v s neskonnosti, e jih spustimo? c c (67 m/s) 7. Izraunajte elektrino potencialno energijo enodimenzionalne verige pozitivnih c c in negativnih ionov v razmiku 2,381010 m! (4,2 eVN ) 8. Dve kovinski kroglici s polmerom 5 cm in 10 cm staknemo. Kolikna sta naboja s na kroglicah, e sta bili kroglici na zaetku enako nabiti, z nabojem 0,1 mAs? c c (0,067 mAs; 0,133 mAs) 9. V nevihtnem oblaku se nabere negativni naboj, tako da je napetost med njim in povrjem Zemlje 109 V. Oblak je na viini 500 m. Nariite potek silnic s s s elektrinega polja in ekvipotencialnih rt med oblakom in Zemljo! Kolikna je c c s jakost elektrinega polja med oblakom in Zemljo? Na Zemlji je napetost 0 V. c Kolikna je napetost 125 m nad njo? Koliken naboj mora imeti praen delec s s s z maso 0,1 g, da bo lebdel v zraku nad Zemljo? (2 106 V/m; 2,5108 V; 5 1010 As) 10. Kroglica z maso 10 g je z lahko vrvico pritrjena na navpino steno. Stena je c enakomerno naelektrena s povrinsko gostoto naboja 0,1 As/m2 . Koliken s s kot oklepa vrvica s steno, e je na kroglici naboj 11 As? c (32 ) 4

Andreja Sarlah, UL FMF

Fizika (BF, Biologija) 2010/11

3.

vaje: Kondenzatorji

1. Srni debrilator ima kapaciteto 14 F in shrani do 250 J elektrine energije. c c Kolikna je najveja napetost na debrilatorju? Ali bo ta debrilator uspeno s c s debriliral srce, e je efektivna upornost telesa 10 k? (Ce po telesu tee tok c c 1 mA, ga ravno e utimo, tok 10 mA povzroi resno krenje miic, 70 mA s c c c s brilacijo, za debrilacijo pa so potrbni tokovi veji od 0,5 A.) c (6 kV; da) 2. Med zunanjostjo in notranjostjo neke celice, ki jo omejuje membrana s kapacitivnostjo 7,7 mF/m2 , je napetostna razlika 73 mV. Kolikna gostota naboja na s povrini membrane povzroi tako razliko v potencialu? Kolikna elektrina sila s c s c deluje na ion natrija, ki se znajde v ionskem kanalu v tej membrani? Kolikno s delo opravi Na/K rpalka v enem ciklu, ko skozi to membrano iz notranjosti c celice v zunanjost prerpa 3 ione Na+ , iz zunanjosti v notranjost pa 2 iona c + K ? Osnovni naboj znaa 1,61019 As. Debelina membrane je 7,6 nm. s 2 (0,56 As/m ; 1,5 pN; 1,21020 J) 3. Kolikna je nadomestna kapaciteta vezja, v katerem sta vzporedno vezana s kondenzatorja s kapaciteto 8 F in 7 F zaporedno vezana na kondenzator s kapaciteto 10 F. Kolikna je napetost na vsakem od kondenzatorjev? Kos liken pa je naboj? Kondenzatorji so vezani na vir z napetostjo 1000 V. s (400 V; 400 V; 600 V; 3,2 mAs; 2,8 mAs; 6 mAs) 4. Izraunajte kapacitivnost na povrinsko enoto membrane! Kolikna je efekc s s tivna dielektrinost? Kako se vzdol membrane spreminjata napetost in elekc z trino polje? Membrana je sestavljena iz ve plasti; vode z debelino 0,55 nm c c in dielektrinostjo 80, polarnega dela z debelino 2,2 nm in dielektrinostjo c c 50, lipidne plasti z debelino 2,1 nm in dielektrinostjo 2, nato pa ponovno c polarnega dela in e ene plasti vode (podatki za slednji dve plasti sta enaki s ustreznim podatkom za prvi). (7,7 mF/m2 ; 6,6; Ui (x) = Ui1,0 + i e0 S x, U0,0 (0) = 0, Ui,0 = Ui (d1 +d2 + +di ); Ei = i e0 S ) 5. Dva ploata kondenzatorja s kapacitetama 1 pF in 4 pF sta vezana vzporedno. sc Nabijemo ju na napetost 1000 V in odstranimo vir napetosti. V drugi kondenzator vtaknemo dielektrik z dielektrinostjo 6. Koliko naboja pretee pri c c tem med kondenzatorjema? Za koliko se zmanja elektrina energija sistema s c kondenzatorjev? (81010 As; 2 106 J) 6. Ploati kondenzator s kvadratnima ploama s stranico a in medsebojnim sc sc razmikom d prikljuimo na konstantno napetost U . V prostor med ploama c sc vtaknemo ploico iz dielektrine snovi z debelino enako razmiku med ploama sc c sc kondenzatorja. S kolikno silo vlee kondenzator ploico noter? Dielektrinost s c sc c snovi je . (F = ( 1) 0 aU 2 /2d) 5

Andreja Sarlah, UL FMF

Fizika (BF, Biologija) 2010/11

4.

vaje: Raunanje tokov v elektrinih krogih c c

1. Elektriar je prijel za ico, prikljueno na napetost 380 V. Kako debel PVC c z c podplat mora imeti, da skozenj ne bo tekel tok, veji od 3 mA? Upor med c roko in stopali je 5000 , specini upor PVC je 5 1012 mm2 /m. Povrina c s 2 stopal znaa 2 200 cm . s (1 mm) 2. Dihanje lahko opazujemo z 90 cm dolgo prono cevko, ki jo, napolnjeno z z nestisljivo prevodno mastjo, napnemo okrog prsnega koa. Za koliko se povea s c padec napetosti na tej cevi, e se ob vdihu raztegne na 100 cm? Neraztegnjena c cev ima upor 1000 , prostornina cevi se ne spreminja, skoznjo pa tee ves as c c enak tok 5 mA. (1,17 V) 3. Upori R1 = 50 , R2 = 100 , R3 = 150 , R4 = 30 ter baterija z napetostjo 20 V so povezani v elektrini krog, kot kae slika. Izraunajte tokove in padce c z c napetosti na posameznih upornikih! Kolikna je napetost med tokama A in s c B? (0,143 A; 7,1 V; 0,086 A; 8,6 V; 0,057 A; 8,6 V; 0,143 A; 4,3 V; 15,7 V)

4. Jegulja ima poseben sistem za omrtvienje plena z elektrinim tokom. V telesu c c jegulje je 200 vzporednih trakov, na vsakem od njih pa je 5000 zaporedno vezanih elektrinih celic. Vsaka od njih daje napetost 0,15 V in ima notranji c upor 0,25 . K

Search related