Göteborgs Universitet2008-02-21
Fysiska Institutionen 8.30-13.30
Plats:        
LFY220, Atmosfären och Jordens Miljö
Examinator: Ann-Marie Pendrill, 772 32 82
Hjälpmedel: Valfri räknare, formelsamling, ett A4-blad egna anteckningar, dock ej lärobok
Rättningsprotokoll: Anslås senast 2008-03-13
Granskning: Efter överenskommelse
Lösningsskisser /svar kommer att finnas på http://physics.gu.se/~f3aamp/bb2/tenta_08.html

Införda beteckningar skall förklaras. Numeriska svar skall avrundas och ges med enhet. Figurer skall ritas vid behov. Lösningar skall motiveras (utom i uppgift 8).
För Godkänt krävs 8.5 poäng, för Väl Godkänt krävs 13.5 poäng. Maximalt antal poäng är 18.


1) En cirkulär sjö, som är 10 m djup och har diametern 1 km värms upp av solen, som i genomsnitt strålar in 200 W/m2 mot sjön. Antag att sjön absorberar all denna energi och inte utbyter energi med omgivningen på någon annat sätt. Hur lång tid tar det då att värma upp sjön från 10oC till 20oC? (Du kommer väl ihåg att en kalori (=4.2J) värmer ett gram vatten 1 grad?)
(2p)
2) Gör en tankekarta som visar olika sätt som Arkimedes princip kommer till användning i en analys av jordens atmosfär och miljö. (Skriv korta kommentarer till de olika punkterna.)
(3p)
3) En ballong innehåller 0.5 mol helium. Den stiger, men behåller temperaturen 300K tills den expanderat till 6 gånger ursprungsvolymen.
  1. Rita in denna process i ett PV-diagram.
  2. Hur stort arbete har gasen utfört under denna expansion? Markera i diagrammet och beräkna integralen.
  3. Vilken värmetillförsel har skett till heliumgasen i ballongen?
(3p)
4) Betrakta individuella molekyler i en gas som befinner sig i en låda. En molekyls hastighet kan skrivas som v=(vx, vy, vz)
  • När en molekyl kolliderar med en vägg överförs rörelsemängd till väggen. Hur mycket?
  • Tag fram ett uttryck för hur ofta en viss molekyl kolliderar med högra väggen och hur mycket rörelsemängd som överförs till väggen under en viss tid.
  • Kombinera med allmänna gaslagen för att ta fram ett uttryck för relationen mellan fart och temperatur.
(3p)
5) Hur kan vi veta att jorden roterar kring sin axel?
(1p)
6) Balansen mellan in- och utgående strålning påverkar jordens temperatur.
  1. Rita en figur som visar hur instrålad och utstrålad effekt varierar som funktion av latituden på jorden.
  2. Eftersom dessa kurvor inte är identiska måste värme transporteras mellan latituderna. Beskriv översiktligt denna värmetransport.
(2p)
7) En planet hålls i sin bana runt solen av gravitationen. Gravitationskonstanten G har enheten N m2/kg2.
  1. Använd dimensionsanalys för att ta fram ett samband mellan hur planetens omloppstid runt solen beror på avståndet och på solens massa.
  2. Flykthastigheten från en planet beror på planetens radie, R, massa, M, och på gravitationskonstanten, G (se uppgiften ovan). Härled ett uttryck för flykthastigheten med hjälp av dimensionsanalys.
  3. Använd sedan uttrycket för potentiell energi, V(r) = - GMm/r, i ett gravitationsfält för att ta fram ett uttryck för flykthastigheten från planetens yta, inklusive ett numeriskt värde på den dimensionslösa konstanten.
(2p)
8) Uppgiften nedan består av 6 delfrågor som kan ge 1/3 var. Totala antalet poäng på uppgiften avrundas till närmaste halvtal.
  1. I luften i tentamenssalen finns huvudsakligen syre och kvävemolekyler. Vilket/vilka av följande påståenden är sant/sanna?
    1. Syremolekylerna och kvävemolekylerna rör sig lika fort i genomsnitt.
    2. Alla molekyler i luften har samma energi
    3. Alla syremolekyler rör sig fortare än alla kvävemolekyler
    4. Alla syremolekyler rör sig långsammare än alla kvävemolekyler
    5. Syremolekylernas genomsnittliga fart är högre än kvävemolekylernas
    6. Syremolekylernas genomsnittliga fart är lägre än kvävemolekylernas

  2. Jorden befinner sig närmare solen under vinterhalvåret (på norra halvklotet). Detta kan vi t.ex. veta genom att antalet dagar under vinterhalvåret, från höstdagjämning till vårdagjämning, är färre än antalet dagar under sommarhalvåret, från vårdagjämning till höstdagjämning. Det hänger samband med bevarandet av en fysikalisk storhet. Vilken ?
    1. Energi
    2. Rörelsemängd
    3. Kraft
    4. Rörelsemängdsmoment
    5. Massa

  3. Högtryck över Göteborg. Hur går vinden vid högtrycket?
    1. Utåt från högtrycket
    2. Inåt mot högtrycket
    3. Medsols runt högtrycket
    4. Motsols runt högtrycket
    5. Omöjligt att veta

  4. Lisa har tänt ett värmeljus i en lykta som hon tar med sig på bussen. När bussen startar kommer lågan
    1. ... att luta framåt (dvs. i bussens rörelseriktning) inne i lyktan
    2. att fortsätta att stå rakt upp som före start
    3. att luta bakåt inne i lyktan
    4. ... omöjligt att veta

  5. Du startar en liten snurra så att den snurrar medsols. Vad händer med snurran när du släpper den?
    1. Den balancerar först rakt upp och lägger sig sedan rakt ned
    2. Den lägger sig ned direkt
    3. Den börjar precessera så att toppen rör sig i en cirkelrörelse medsols
    4. Den börjar precessera så att toppen rör sig i en cirkelrörelse motsols
    5. Det beror på snurrans utformning

  6. Sekunden definierades förut genom relation till jordens rotation kring sin axel. Jordens rotation bromsas på grund av tidvatten. Kan jordens rotationshastighet också påverkas av stormar som skapar vågor på haven?
    1. Nej, eftersom när vinden påverkar vattnet kommer vattnet att påverka vinden med en lika stor men motriktad kraft.
    2. Jorden kommer att rotera lite snabbare när det är höga vågor.
    3. Jorden kommer att rotera lite långsammare när det är höga vågor.
    4. Det finns en effekt, men den är för liten att mäta

R= 8.314 J/mol.K