tegniese wetenskappe

Tegniese

Wetenskappe

Vraestel 1 Oefeninge

Graad 12

1

ONDERWERP 1: MEGANIKA

NEWTON SE EERSTE WET

Oefening 1

1.1 Gebruik fisika beginsels en verduidelik waarom ‘n waterbottel wat op die voorste

sitplek van ‘n motor lê op die vloer val wanneer die motor stop.

1.2 Gebruik fisika beginsels en verduidelik waarom ‘n passasier in ‘n vliegtuig teen die

ruglening van sy stoel druk wanneer die vliegtuig opstyg.

1.3 Verduidelik die belangrikheid van sitplekgordels aan die hand van fisika beginsels.

NEWTON SE TWEEDE WET

Oefening 2

2.1 Drie kragte werk op ‘n 3 kg blok in, F1 is 100 N regs, F2 is 20 N links en F3 is 50 N

links. Bereken die versnelling van die blok.

2.2 ‘n 20 kg krat word oor ‘n ruwe horisontale oppervlak getrek met ‘n krag van 1000 N.

Bereken die versnelling van die krat indien die kinetiese wrywingskoëffisiënt van die

krat 0,15 is.

2.3 ‘n Krat van 100 kg word vertikaal opwaarts gelig met ‘n krag van 6 000 N. Bereken

die versnelling van die krat. Ignoreer die effek van lugweerstand.

2.4 ‘n 10 kg krat beweeg op ‘n wrywinglose horisontale vlak, wanneer dit getrek word

met ‘n krag van 200 N, wat ‘n hoek van 20° met die vertikaal maak, soos in die

diagram getoon. Bereken die versnelling van die krat.

F = 200 N

20°

2

2.5 ‘n 15 kg krat beweeg op ‘n ruwe horisontale vlak, wanneer dit getrek word met ‘n

krag van 800 N, wat ‘n hoek van 30° met die horisontaal maak, soos in die diagram

getoon. Bereken die versnelling van die krat, indien die kinetiese

wrywingskoëffisiënt van die krat is 0,1 is.

F = 800 N

30°

SPANNING IN DIE TOU

Oefening 3

3.1 Blok A, 3 kg, is verbind met blok B, 5 kg, met ‘n onelastiese tou. ‘n Krag van 100 N

word toegepas op blok B om die blokke oor ‘n wrywinglose oppervlak te sleep,

soos in die diagram aangedui.

3 kg 5 kg F = 100 N

A B

3.1.1 Bereken die spanning in die tou.

3.1.2 Bereken die versnelling van die sisteem.

3.2 Blok A, 5 kg, is verbind met blok B, 15 kg, met ‘n onelastiese tou. ‘n Krag van 100 N

word toegepas op blok B om die blokke oor ‘n ruwe oppervlak te sleep, soos in die

diagram aangedui. Die kinetiese wrywingskoëffisiënte van die blokke is

onderskeidelik 0,1 en 0,15.

5 kg 15 kg F = 100 N

A B



3

3.3 Blok A, 10 kg, is verbind met blok B, 20 kg, met ‘n onelastiese tou. ‘n Krag van

150 N word toegepas met ‘n hoek van 60° met die horisontaal op blok B om die

blokke oor ‘n wrywinglose oppervlak te sleep, soos in die diagram aangedui.

F = 150 N

10 kg 20 kg 60°

A B



3.4 Blok A, 50 kg, is verbind met blok B, 80 kg, met ‘n onelastiese tou. ‘n Krag van

1000 N word toegepas met ‘n hoek van 20° met die horisontaal op blok B om die

blokke oor ‘n oppervlak te sleep, soos in die diagram aangedui. Die kinetiese

wrywingskrag van blok A is 5 N en die kinetiese wrywingskoëffisiënte van blok B is

0,2.

F = 1000 N

50 kg 80 kg 20°

A B



4

NEWTON SE DERDE WET

Oefening 4

4.1 Benoem alle aksie-reaksie pare in die volgende diagramme:

4.1.1

4.1.2

4.1.3

4.1.4 Ballon

5


MOMENTUM

Oefening 1

1.1 Bereken die momentum van ‘n 900 kg motor wat teen ‘n kostante snelheid van

25 m.s-1 ooswaarts beweeg.

1.2 Bereken die snelheid, in km.h-1, waarteen ‘n motor beweeg, waarvan die massa van

die motor 1050 kg is en sy momentum 35 000 kg.m.s-1 noord is.

1.3 Bereken die massa van ‘n trollie wat teen 3 m.s-1 beweeg met ‘n momentum van

0,96 kg.m.s-1.

VERANDERING IN MOMENTUM

Oefening 2

2.1 ‘n 800 kg motor beweeg teen ‘n konstante snelheid van 100 km.h-1 in ‘n oostelike

rigting. Die bestuurder trap die rem en beweeg dan teen ‘n konstante snelheid van

80 km.h-1 in dieselfde rigting. Bereken die verandering in momentum van die motor.

2.2 ‘n 1000 kg motor ry aanvanklik teen ‘n konstante snelheid van 20 m.s-1 suidwaarts.

Die verandering in momentum van die motor is 30 500 kg.m.s-1 noord. Bereken die

finale snelheid van die motor.

2.3 Bereken die massa van ‘n motor wat aanvanklik teen ‘n konstante snelheid van

15 m.s-1 ooswaarts beweeg, dan in die teenoorgestelde rigting beweeg teen ‘n

konstante snelheid van 10 m.s-1 en waarvan die verandering in momentum

11 250 kg.m.s-1 wes is.

6

IMPULS

Oefening 3

3.1 Tydens ‘n botsing is die verandering in momentum van ‘n 900 kg motor

15 000 kg.m.s-1 oos. Bereken die nettokrag wat op die motor ingewerk het indien

die botsing 2,5 s geduur het.

3.2 ‘n 870 kg motor ry teen ‘n konstante snelheid van 100 km.h-1 noord. Die motor bots

teen ‘n muur en kom tot stillstand na 3 s. Bereken die nettokrag wat op die motor

inwerk.

3.3 ‘n 900 kg motor ry teen ‘n konstante snelheid van 25 m.s-1 wes toe dit teen ‘n

stilstaande motor bots. Bereken die eindsnelheid van die motor indien die

nettokrag wat daarop inwerk 20 000 N oos is en die botsing 2 s duur.

3.4 ‘n Glas breek wanneer dit op ‘n sementvloer val, maar nie waaneer dit op ‘n mat val

nie. Gebruik fisika beginsels om hierdie verskynsel te verduidelik.

BEHOUD VAN LINEÊRE MOMENTUM

Oefening 4

4.1 Motor A, massa 900 kg, nader stilstaande motor B, massa 750 kg, met ‘n snelheid

van 100 km.h-1, soos aangedui in die onderstaande diagram.

Motor A Motor B

100 km.h-1 Stilstaande

Motor A bots teen motor B en motor A se snelheid verminder na 60 km.h-1 in

dieselfde rigting as voor die botsing. Bereken die snelheid van motor B na die

botsing, ignoreer die effek van wrywing.

7

4.2 Motor A, massa 870 kg, ry teen 30 m.s-1 ooswaarts terwyl motor B, massa 1050 kg,

ook ooswaarts ry teen 20 m.s-1, soos aangedui in die onderstaande diagram.

Motor A Motor B

30 m.s-1 20 m.s-1

Motor A bots teen motor B en motor B se snelheid verander na 25 m.s-1 in dieselfde

rigting as voor die botsing. Bereken die snelheid van motor A na die botsing,

ignoreer die effek van wrywing.

4.3 Motor A, massa 730 kg, ry teen 30 m.s-1 ooswaarts terwyl motor B, massa 850 kg,

ry teen 35 m.s-1 weswaarts, soos aangedui in die onderstaande diagram.

Motor A Motor B

30 m.s-1 35 m.s-1

Motor A bots trompop teen motor B en motor A en B sit vas aan mekaar na die

botsing. Bereken die snelheid van motor A en B na die botsing, ignoreer die effek

van wrywing.

4.4 Twee stilstaande trollies A en B is verbind met ‘n elastiese veer wat saamgepers is,

op ‘n wrywinglose baan. Die trollies se massas is onderskeidelik 300 g en 500 g.

Die veer ontspan en die trollies skiet uit mekaar. Bereken die snelheid van trollie B

indien A teen ‘n snelheid van 3 m.s-1 beweeg na die ontploffing.

Trollie A Trollie B

300 g 500 g

3 m.s-1 v = ?

8

ELASTIESE- EN ONELASTIESE BOTSINGS

Oefening 5

5.1 Bepaal of die botsing by Oefening 4.1 elasties of onelasties was. Toon alle

berekeninge.


berekeninge.


berekeninge.


berekeninge.

9


ARBEID

Oefening 1

1.1 Steve probeer om vir Elaine te beïndruk met sy nuwe kar, maar sy kar se motor

gaan dood in die middel van ‘n kruising. Terwyl Elaine die kar in ‘n reguitlyn stuur,

stoot Steve dit 19 m om oor die kruising te kom. As hy met ‘n konstante krag van

210 N in die rigting van beweging stoot, bereken hoeveel arbeid hy op die kar

verrig.

1.2 Bereken die hoeveelheid arbeid verrig deur Steve, indien hy in die vorige voorbeeld

‘n hoek van 20° tussen sy krag en die rigting van beweging het.

1.3 ‘n Boek word 1,5 m van links na regs gestoot op ‘n horisontale tafel met ‘n

horisontale krag van N. Die teenwerkende wrywingskrag is 0,4 N.

1.3.1 Word enige werk op die boek verrig deur die normaalkrag en gewig van die

boek? Verduidelik.

1.3.2 Bereken die werk verrig op die boek deur die 2 N krag.

1.3.3 Bereken die werk verrig op die boek deur die wrywingskrag.

1.4 ‘n Viserman trek 20 m vislyn in, terwyl ‘n vis ‘n konstante krag van 18 N in die

teenoorgestelde rigting uitoefen. As die vis teen ‘n konstante spoed beweeg,

bereken hoeveel arbeid verrig word:

1.4.1 op die visdeur die spanning in die vislyn; en

1.4.2 deur die teenwerkende krag.

1.5 ‘n Trekker trek ‘n wavrag hout op ‘n slee van punt A tot punt B, wat 20 m uitmekaar

is, op ‘n horisontale oppervlak. Die totale gewig wat getrek word is 14 700 N en die

trekker oefen ‘n krag van 5 000 N uit teen ‘n hoek van ϕ = 36,9° met die horisontaal.

Die kinetiese wrywings koefisiënt van die slee is 0,3. Bereken die werk verrig deur

alle kragte wat op die slee inwerk.

1.6 ‘n Seun dra sy tas, massa 4 kg, deur ‘n horisontale voorwaartse-krag van 10 N op

di ehandvatsel uit te oefen. Bereken die arbeid wat op die tas gedoen word, deur

die volgende kragte, as dit 5 m horisontaal beweeg word:

1.6.1 gewig van die tas; en

1.6.2 voorwaartse krag op die tas.

10

1.7 ‘n Krag van 200 N word toegepas op ‘n trollie teen ‘n

hoek van 37° met die horisontaal. Ignoreer die effek van

wrywing op die trollie.

1.7.1 Bereken die werk wat op die trollie verrig word as

dit ‘n afstand van 10 m beweeg.

1.7.2 Hoeveel werk word verrig deur die normaalkrag en gewig van die trollie?

Verduidelik jou antwoord.

1.8 Die aarde oefen ‘n gravitasiekrag op ‘n vuurpyl uit, wat om die aarde

wentel teen ‘n hoogte van 300 km bo die aardoppervlak. Die grootte

van die gravitasiekrag is 3,7 x 103 N. Hoeveel arbeid word op die

vuurpyl verrig deur die gravitasiekrag?

ENERGIE

Oefening 2

2.1 ‘n Klein wa met ‘n massa van 2,5 kg beweeg in ‘n reguitlyn op ‘n wrywinglose

horisontale oppervlak. Dit het ‘n snelheid van 3 m·s-1.

2.1.1 Bereken die aanvanklike kinetiese energie van die wa.

2.1.2 As die wa se finale snelheid 4,2 m·s-1 is, bereken die finale kinetiese energie

van die wa.

2.2 ‘n Bal, massa 0,145 kg, word reguit opwaarts gegooi, met ‘n aanvanklike spoed van

27 m·s-1. As lugweerstand geïgnoreer word, bereken die:

2.2.1 werk wat deur gravitasie (gewig) op die bal verrig word teen die tyd dat dit ‘n

hoogte van 20 m bereik; en

2.2.2 die spoed van die bal op ‘n hoogte van 20 m.

2.3 ‘n Voorwerp, massa 2 kg, word stadig opgehuis in die

lug, deur ‘n tou te gebruik. Behalwe dat dit moet begin en

stop, beweeg dit teen ‘n konstante snelheid tot ‘n hoogte

van 100 m waar dit stop. Ignoreer alle vorms van

wrywing en bereken die:

2.3.1 werk verrig deur die voorwerp se gewig;

2.3.2 werk verrig deur die krag wat dit opwaarts laat beweeg; en

2.3.3 die spoed waarteen dit die grond sal tref indien die tou breek en dit val vanaf

100 m bo die grond.

11

2.4 ‘n Voorwerp, massa 3 kg, word vertikaal opwaarts geprojekteer, vanaf die grond

teen 25 m·s-1. Ignoreer alle vorms van wrywing en bereken die;

2.4.1 maksimum hoogte wat dit bereik;

2.4.2 spoed by ‘n hoogte van 12 m onder die maksimum hoogte; en

2.4.3 spoed waarteen dit die grond tref.

2.5 ‘n Voorwerp met ‘n gewig van 20 N, word vanaf die bopunt van ‘n

wrywinglose helling laat afgly, die lengte van die helling is 10 m.

Die hoek tussen die helling en horisontaal is 30°. Bereken die:

2.5.1 hoeveelheid werk verrig deur die gewig van die voorwerp;

2.5.2 meganiese energie van die voorwerp by die hoogste punt, voordat dit begin

beweeg; en

5.3 spoed van die voorwerp by die laagste punt.

2.6 ‘n 90 N tas word teen ‘n wrywinglose helling met ‘n hoek van 30° bo die horisontaal

opgesleep, met ‘n krag F met ‘n grootte van 80 N wat parallel met die helling

inwerk. Die lengte van die helling is 4,6 m. Bereken die volgende:

2.6.1 Die werk verrig op die tas deur krag F.

2.6.2 Die werk verrig op die tas deur gravitasie

2.6.3 Die werk verrig op die tas deur die normaalkrag

2.6.4 Die tas word laat los op die hoogste punt en gly by die helling af. Bereken die

spoed van die tas bydie onderste punt.

2.7 ‘n Seun ry op sy skaatsplank teen ‘n skuinste af. Die skuinste is in die vorm van ‘n

kwart-sirkel met ‘n radius van r = 3 m. Die totale massa van die seun en sy

skaatsplank is 25 kg. Ignoreer die effek van wrywing. As hy begin vanuit rus, vanaf

die boonste punt van die skuinste , bereken sy spoed by die volgende posisies:

2.7.1 By ‘n punt 1,2 m onder sy beginpunt.

2.7.2 Die onderkant van die skuinste

12

DRYWING

Oefening 3

3.1 Die motors van ‘n vliegtuig verkry ‘n stootkrag van 15 kN in totaal. Bereken die

drywing van die motors, in watt, wanneer die vliegtuig vlieg teen 300 m·s-1.

3.2 ‘n Atleet, met ‘n massa van 50 kg, hardloop teen ‘n spiraaltrap op na die bopunt van

die gebou wat 443 m hoog is, in 15 minute. Bereken haar gemiddelde drywing,

ignoreer die effek van wrywing.

3.3 Die drywing van ‘n pomp is 2,5 pk(hp). Een perdekrag is ekwiwalent aan 746 watt.

Dit word gebruik om water uit ‘n boorgat te pomp, wat 18 m moet opbeweeg. Neem

aan dat die spoed van die water baie klein is; ignoreer dus enige arbeid verrig op

die beweging van die water. Bereken hoeveel:

3.3.1 liters water in 1 minuut gelewer kan word; en

3.3.2 Amerikaanse gallons water gelewer kan word as 3,75 liter gelyk is aan

1 Amerikaanse gallon.

3.4 ‘n Swaar boks, massa 1 800 kg, moet vertikaal opwaarts gelig word.

‘n Konstante krag F word toegepas op die boks deur ‘n elektriese

motor. Ignoreer alle vorms van wrywing

3.4.1 Neem aan dat die elektriese motor 100% effektief is. Bereken die minimum

drywing wat nodig is vir die motor om die beweging tussen X en Y te weeg te

bring onder die volgende omstandighede:

3.4.1.1 Die boks beweeg opwaarts teen 3 m·s-1.

3.4.1.2 Die boks beweeg teen ‘n konstante versnelling vanuit rus by X en bereik ‘n snelheid van 3 m·s-1 by Y.

3.4.2 Wat moet die drywing van die motor wees as dit slegs 80% effektief is?

3.4.3 Jou Amerikaanse kollega wil weet hoeveel perdekrag elkeen van jou berekende waardes is as 1 pk gelyk is aan 746 W.

3.5 Die filtreringstelsel van ‘n vistenk moet instaat wees om 5 liter soutwater elke

1,5 minute teen ‘n hoogte van 1.3 m te lig. Die digtheid van soutwater is

1,04 g·cm-3. Bereken die drywing van die filtreringstelsel.

3.6 ‘n Man, massa 70 kg, klim ‘n stel trappe uit wat 5 m hoog is. Hy begin uit rus en

bereik ‘n snelheid van 0,5 m.s-1 by die bopunt na 10 s. Bereken sy drywing.

13


ELASTISITEIT

SPANNING

Oefening 1

1.1 ‘n 15 m Marmerpilaar met ‘n deursnee oppervlak van 3 m2 ondersteun ‘n massa

van 15 000 kg. Bereken die spanning in die pilaar.

1.2 ‘n Metaaldraad is 2,5 mm in diameter en 2 m lank. ‘n Krag van 12 N word toegepas

op die draad en dit rek met 0,3 mm. Neem aan dat die materiaal elasties is en

bereken die spanning in die draad.

1.3 ‘n Vertikale staalbalk in ‘n gebou ondersteun ‘n las van 6,0 × 104 N. Die lengte van

die balk is 4,0 m en sy deursneeoppervlak is 8,0 × 10−3 m2. Die spanning in die

balk is 5,0 × 108 Pa. Bereken die maksimum las wat die balk kan ondersteun.

VERVORMING

Oefening 2

2.1 ‘n Metaaldraad is 2,5 mm in diameter en 2 m lank. ‘n Krag van 12 N word toegepas

op die draad en dit rek met 0,3 mm. Neem aan dat die materiaal elasties is en

bereken die vervorming van die draad.

2.2 Die vervorming in ‘n 2 m draad is 0,1. Neem aan dat die draad elasties is en

bereken die verandering in lengte van die draad.

2.3 Die vervorming in ‘n 80 m draad is 0,01. Bereken die lengte van die draad nadat dit

gerek is.

14

ELASTISITEITSMODULUS

Oefening 3

3.1 Bereken die elastisiteitsmodulus van ‘n balk waarin die spanning 5 x 108 Pa is en

die rekking 1,5 x 10-4.

3.2 Bereken die spanning in ‘n balk waarvan die rekking 0,002 is en die

elastisiteitsmodulus 3 x 109 Pa is.

3.3 ‘n Vertikale staal balk moet ‘n las van 5 x 104 N ondersteun. Die lengte van die balk

is 5,4 m en dit het ‘n oppervlakarea van 8,0 × 10−3 m2. Die elastisiteitsmodulus van

die balk is 2,0 × 1011 Pa.

3.3.1 Bereken die spanning in die balk.

3.3.2 Bereken die rekking in die balk.

3.3.3 Bereken die verandering in lengte van die balk.

15


VISKOSITEIT

Oefening 1

1.1 Watter een van die volgende is NIE ‘n oorsaak van oormatige wrywing op

masjienerie nie?

A te veel druk tussen bewegende dele

B smeermiddels

C oorverhitting

D oppak van dele

1.2 Slytasie word veroorsaak deur die generering van hitte, wanneer materiale met

growwe oppervlaktes teen mekaar skuur. Om hierdie probleem op te los het

tegnikuste die toestande ondersoek en smeermiddels (lubricants) en verkoelers

(coolants) ontwikkel.

1.2.1 Noem twee funksies van smeermiddels.

1.2.2 Verduidelik die term viskositeit.

1.2.3 Verduidelik hoe monograad en multigraad olies werk?

1.2.4 Verduidelik twee metodes van smeer in ‘n vierslag motor (four stroke

engine)?

1.2.5 Verduidelik hoe ‘n tweeslag motor (two stroke engine) gesmeer (lubricated)

word.

16


STUKRAG

Oefening 2

2.1 Die SI-eenheid van druk is:The SI unit of pressure is:

A ohm B pascal C joule D watt

2.2 1 Bar is gelykstaande aan:

A 1 Pa B 1 kPa C 100 kPa D 1000 kPa

2.3 In simbole is druk gelyk aan…

A 𝐴

𝐹 waar A die oppervlakte is en F die krag.

B 𝐹

𝐴 waar F die krag is en A die oppervlakte.

C 𝑑

𝐹 waar d die afstand is en F die krag.

D 𝐹

𝑑 waar F die krag is en die afstand.

2.4 Skakel 300 Torr om na:

2.4.1 Pa 2.4.2 bar 2.4.3 atmosfeer

2.5 Bereken die druk uitgeoefen deur ‘n voorwerp met ‘n massa van 20 kg op ‘n

oppervlakte van 0,2 m2.

2.6 Lood het ‘n digtheid van 11,34 g·cm-3. ‘n Loodblok 20 cm lank, 8 cm wyd en 16 cm

hoog word op ‘n tafel geplaas. Bereken die druk uitgeoefen deur die blok op die

tafel.

2.7 ‘n Meisie met ‘n massa van 40 kg dra hakskoene met ‘n oppervlakarea van 1 cm²,

wat in kontak is met die grond. Bereken die druk uitgeoefen deur die meisie op die

grond.

2.8 ‘n Klein tafel met ‘n gewig van 40 N staan op al vier pote, elke poot het ‘n

oppervlakarea van 0,001 m2. Bereken die druk wat die tafel op die vloer uitoefen.

2.9 ‘n Stukrag van 450 N word uitgeoefen op ‘n sekere area. As die druk op die area 4

500 Pa is, bereken die grootte van die area.

17

VLOEISTOFDRUK

Oefening 3

3.1 Wat is die druk, veroorsaak deur die water op die bodem van ‘n 10 m hoë damwal,

as die digtheid an water 1000 kg.m-3 is?

p(atmosfeer) = 1,0 x 105 Pa

NB: Die TOTALE DRUK is: werklike druk = p(atmosfeer) + p(water)

MAAR HIER WORD SLEGS DRUK DEUR DIE WATER GEVRA.

3.2 Die hoogte van die water in ‘n opgaartenk is 30 m bo ‘n kraan in die kombuis van ‘n

huis. Bereken die druk van die water in die kraan. Die digteid van water is

1000 kg.m-3.

3.3 Bereken die druk in ‘n kwik barometer met ‘n kwik-kolom van 760 mm en digtheid

van 13,6 x 103 kg.m-3.

18

VLOEISTOFDRUK: MANOMETER

Oefening 4

4.1 Die druk van ‘n monster gas word gemeet met ‘n geslote punt manometer,

soos getoon in die skets. Die vloeistof in die manometer is kwik, met ‘n digtheid van

13,6 x 103 kg·m-3.

Bereken die druk van die:

4.1.1 Pa

4.1.2 Torr

4.1.3 bar

19

PASCAL SE WET

Oefening 5

5.1 In ‘n motorhyser by ‘n diensstasie, pas saamgeperste lug ‘n krag op die klein suier

uit, met radius van 5,0 cm. Hierdie druk word oorgedra deur ‘n nie-saampersbare

vloeistof na ‘n tweede suier met ‘n radius van 15,0 cm. Watter krag moet op die

klein suier uitgeoefen word om ‘n motor met ‘n gewig van 13 300 N te lig?

5.2 ‘n Hidroliese stelsel word gebruik om ‘n 2 000 kg motor in ‘n diensstasie op te lig.

As die motor op ‘n suier met ‘n deursneeoppervlak van 0,5 m2 sit, en ‘n krag word

toegepas op ‘n suier met ‘n deursneeoppervlak van 0,03 m2, wat is die minimum

krag wat toegepas moet word om die motor te lig?

5.3 ‘n Hidroliese stelsel word gebruik om herwinbare metale saam te pers. Die

spesifikasies van die pers is soos in die diagram.

Bereken die:

5.3.1 Vloeistofdruk in die hidroliese stelsel wanneer dit in ewewig is.

5.3.2 Diameter van suier B.

5.4 ‘n Haarkapper lig die kliënt se stoel deur ‘n krag van 100 N toe te pas op ‘n

hidroliese suier met ‘n oppervlak van 0,01 m2. As die stoel verbind is aan ‘n suier

met ‘n oppervlak van 0,1 m2, wat is die maksimum massa kliënt wat dié krag kan

lig? Die massa van die stoel is 5 kg.

20

5.5 Die diagram wys ‘n tandarts wat ‘n pasiënt behandel met ‘n massa van 54 kg. Die

tandasts druk op die suier om die pasiënt te lig. Die deursneeoppervlak van die

inset-suier en uitset-suiers is onderskeidelik 400 cm2 en 600 cm2. Hoeveel krag

moet toegepas word om die pasiënt te lig?

5.6 ‘n Dooiegewig toetser is ‘n toestel wat gebruik word om dukmeters te kallibreer.

Gewigte word op die suier geplaas wat ‘n bekende druk genereer, wat verbind is

aan ‘n drukmeter. Die toetser genereer ‘n druk van 35 MPa wanneer ‘n 100 kg

gewig daarop geplaas word.

Bereken die:

5.6.1 Diameter van die suier-silinder.

5.6.2 Vrag nodig (in kg) om ‘n druk van 150 kPa te produseer.

21

ONDERWERP 12: ELEKTRISITEIT EN MAGNETISME

ELEKTROSTATIKA

KAPASITORS

Oefening 1

1.1 Gee die simbool van ‘n kapasitor.

1.2 Wat is die funksie van ‘n kapasitor?

1.2 Gee gebruike van kapasitors.

KAPASITANSIE

Oefening 2

2.1 Wat word bedoel met kapasitansie?

2.2 Wat is ‘n diëlektrikum?

2.3 Teken ‘n sketsgrafiek van lading teenoor potensiaalverskil van ‘n kapasitor.

2.4 ‘n 12 V-bron word gekoppel aan ‘n kapasitor en die plate dra onderskeidelik ladings

van 2 500 nC en – 2 500 nC.

2.4.1 Teken die elektriese veldpatroon tussen die plate.

2.4.2 Bereken die kapasitansie van die kapasitor.

2.5 Bereken die hoeveelheid lading wat op ‘n 2,5 μF-kapasitor gestoor word as ‘n 12 V-

battery daaraan gekoppel word.

2.6 Bereken die kapasitansie van ‘n kapasitor met ‘n vakuum tussen die plate indien

elke plaat 1,5 m lank en 2 cm breed is. Die plate is 1 mm van mekaar af.

22

2.7 Bereken die sylengte van ‘n vierkantige plaat van ‘n 8μF-kapasitor. Die lading op

die plate is 9 pC en die plate is 3 mm van mekaar af geplaas.

2.8 Bereken die kapasitansie van ‘n kapasitor met plate waarvan beide oppervlaktes

5 x 10-3 m2 is en die afstand tussen die plate 0,1 mm is. Papier word as diëlektikum

gebruik.

FAKTORE WAT KAPASITANSIE BEΪNVLOED

Oefening 3

3.1 Noem die VIER faktore wat kapasitansie beïnvloed.

3.2 Gee die uitwerking van die volgende veranderinge op die kapasitansie van ‘n

kapasitor:

3.2.1 Die afstand tussen die plate verdubbel.

3.2.2 Die potensiaalverskil oor die kapasitor is ¼ van die oorspronklike waarde.

3.2.3 Die permittiwiteit van die diëlektrikum is ½ van die vorige diëlektrikum sin.

3.2.4 Die oppervlakte van die plate word gehalveer.

23


ELEKTRIESE STROOMBANE

OHM SE WET

Oefening 1

1.1 Gee Ohm se wet in woorde en simbole.

1.2 Bestudeer die volgende stroombaan en beantwoord die vrae wat volg:

1.2.1 Bereken die weerstand van die parallele kombinasie.

1.2.2 Bereken die totale weerstand van die stroombaan.

1.2.3 Bereken die totale stroom van die stroombaan indien die emk van elke sel

1,5 V is.

1.2.4 Bereken die stroom deur elk van die parallelle takke.

1.2.5 Bereken die potensiaalverskil oor elk van die resistors.

1.3 Bestudeer die volgende stroombaan en beantwoord die vrae wat volg:

24

As skakelaar S gesluit is bereken die volgende:

1.3.1 Die totale weerstand van die stroombaan.

1.3.2 Die totale stroom in die stroombaan.

1.3.3 Die potensiaalverskil oor die 12 Ω resistor.

1.4 Die battery in die meegaande stroombaan het weglaatbare interne weerstand. Die

lesing op die ammeter is 0,2 A.

Bereken:

1.4.1 Die lesing op die voltmeter.

1.4.2 Die totale stroom wat deur die battery verskaf word.

1.4.3 Die emk van die battery.

25

DRYWING

Oefening 2

2.1 Die onderstaande stroombaan het weglaatbare interne weerstand. Skakelaar S is

gesluit. Die stroom deur die 8 Ω resistor is 0,5 A.

Bereken:

2.1.1 Die stroom deur die 16 Ω resistor.

2.1.2 Die lesing op ammeter A1.

2.1.3 Resistor R lewer ‘n drywing van 12 W. Bereken die lesing op A2.

2.1.4 Bereken die emk van die battery.

2.2 ‘n 240 V huihoudelike stroombaan het ‘n stroom van 15 A. As ‘n 800 W

verwarmer en 60 Ω gloeilamp in parallel in die stroombaan gekoppel word,

bereken:

2.2.1 Die stroom wat deur die verwarmer vloei.

2.2.2 Die stroom wat deur die lamp vloei. (Die totale stroom word nie deur

die twee toestelle gebruik nie)

2.2.3 Die verwarmer se weerstand.

26

2.3 Resistors word soos in die onderstaande stroombaan gekoppel. Die

voltmeterlesing oor die battery is 12 V.

Bereken:

2.3.1 Die totale weerstand wanneer S1 en S2 gesluit is.

2.3.2 Die totale stroom gelewer wanneer S1 en S2 gesluit is.

2.3.3 Die stroom in die 3 Ω resistor wanneer S1 gesluit is en S2 oop is.

2.3.4 Die stroom gelewer wanneer beide skakelaars oop is.

2.3.5 Die drywing in die 12 Ω en 3 Ω resistors onderskeidelk, wanneer

beide skakelaars oop is.

WARMTE-ENERGIE VRYGESTEL

Oefening 3

3.1 Bepaal die warmte wat ontwikkel in ‘n elektriese strykyster wat ‘n resistor van 35 Ω

het met ‘n stroom van 5 A wat vir 25 minute deur die strykyster vloei.

3.2 ‘n Elektriese verwarmer het ‘n stroom van 10 A met ‘n toevoerspanning van 220 V.

Bereken:

3.2.1 die hoeneelheid hitte-energie wat vrygestel word deur die verwarmer in

1 uur 15 minute.

3.2.2 die weerstand van die verwarmer.

27

3.3 Bestudeer die onderstaande diagram, waarvan die EMK van elke sel 1,5 V is en die

interne weerstand weglaatbaar klein is en beantwoord die vrae wat volg:

3.3.1 Bereken die totale weerstand van die stroombaan.

3.3.2 Bereken die lesing op ammeter 1.

3.3.3 Bereken die lesing op voltmeter 3.

3.3.4 Bereken die lading wat in 2 minute deur die 0,75 Ω-resistor beweeg.

3.3.5 Bereken die lesing op voltmeter 2.

3.3.6 Bereken die lesing op ammeter 2.

3.3.7 Die tempo waarteen energie in die 3 Ω-resistor omgeskakel word.

3.3.8 Die totale drywing van die stroombaan.

28

KOSTE VAN ELEKTRISITEIT

Oefening 4

4.1 Bereken die koste om ‘n 60 W gloeilamp vir 3 ure te laat brand, as die koste van

elektrisiteit 85 c per eenheid is.

4.2 Bereken wat die totale koste sal wees om die volgende toestelle vir ‘n seker

tydsduur te gebruik:

• ‘n stoof gemerk 2 000W vir 1 uur

• ‘n radio gmerk 40 W vir 4 ure

• ‘n haardroër gemerk 1 500 W vir 10 minute

• 3 x 100 W gloeilampe vir 3 ure elk

Die koste per eeneid is 70 c.

4.3 Bereken die koste per eenheid indien dit R 2 kos om ‘n 80 W gloeilamp vir 20 ure te

laat brand.

29


ELEKTROMAGNETISME

RIGTING VAN STROOM IN ‘N STROOMDRAENDE GELEIER

Oefening 1

1.1 Teken die magneetveldpatroon rondom die volgende reguit geleiers:

1.1.1

x

1.1.2

1.2 Bepaal die polariteit (Noord of Suid) van X in die volgende solenoïede:

1.2.1

X

1.2.2

X

1.2.3

X

Stroom

rigting

30

ELEKTROMAGNETIESE INDUKSIE

Oefening 2

2.1 Vloei die stroom van A na B of B na A in die volgende gevalle:

2.1.1

2.1.2

2.1.3

S N

2.2 Noem maniere om die geïnduseerde emk te vergroot.

A B

A B

A B

31

MAGNETIESE VLOED

Oefening 3

3.1 ‘n Reghoekige draadlus met ‘n oppervlakte van 1,2 m2 sny deur ‘n magneetveld van

0,4 T in verskillende rigtings soos hieronder aangetoon. Bereken in elke geval die

magnetiese vloed.

3.1.1

3.1.2

3.1.3

3.2 Bereken die magnetiese vloed wat deur ‘n vierkantige draadspoel beweeg, waarvan

die sye 4 cm lank is en die magneetveld 0,85 T is. Die magneetveldlyne is loodreg

op die oppervlak van die spoel.

32

FARADAY SE WET

Oefening 4

4.1 ‘n Vierkantige spoel bestaan uit 60 windings en is loodreg in ‘n uniforme

magneetveld geplaas. Dit word vinnig en gelykmatig by die veld uitgetrek. sodat die

verandering in vloed 5,4 x 10-4 Wb is. Die beweging van die spoel duur 0,01 s.

Bereken die geïnduseerde emk in die spoel.

4.2 ‘n Vierkantigepoel met sye van 2 cm elk bestaan uit 250 windings. Die magneetveld

is 0,75 T en die spoel word vir 0,2 s loodreg daarin beweeg. Bereken die

geïnduseerde emk in die spoel.

4.3 ‘n Vierkantige draadlus is loodreg in ‘n 0,04 T magneetveld. ‘n Emk van – 0,02 V

word in die lus geïnduseer, wanneer die lus binne 0,5 s met 180° geroteer word.

Bereken die sylengte van die lus.

33

TRANSFORMATORS

Oefening 5

5.1 ‘n Transformator het ‘n primêre potensiaalverskil van 55 V. Die sekondêre spoel het

5 000 windings en die primêre spoel het 20 windings. Bereken die potensiaalverskil

van die sekondêre spoel.

5.2 Bestudeer die volgende diagram en beantwoord die vrae wat volg:

5.2.1 Waar is die primêre spoel, A of B? Gee ‘n rede vir jou antwoord.

5.2.2 Watter tipe transformator word voorgestel?

5.2.3 Bereken die potensiaalverskil van spoel B.

5.2.4 Bereken die stroom in spoel B.

5.2.5 Bereken die stroom in spoel A.

34

M N

O P

Q

R

S

ELEKTRIESE MASJIENE

GELYKSTROOM GENERATOR

Oefening 6

Beskou die onderstaande diagram en beantword die vrae wat volg:

6.1 Volgens watter beginsel werk die gelykstroom generator?

6.2 Gee byskrifte M – S.

6.3 Wat is die funksie van Q?

6.4 Gebruik Flemming se regterhandreël en bepaal of die spoel kloksgewys of anti-

kloksgewys roteer.

6.5 Wat is die energie-omskakeling wat plaasvind in die gelykstroom generator?

35

WISSELSTROOM GENERATOR

Oefening 7


7.1 Volgens watter beginsel werk die gelykstroom generator?

7.2 Gee byskrifte X en Y.

7.3 Wat is die funksie van Y?

7.4 Hoekom moet X gereeld vervang word?

7.5 Gebruik Flemming se regterhandreël en bepaal of die rigting van die stroom van

A na B OF B na A is.

7.6 Wat is die energie-omskakeling wat plaasvind in die wisselstroom generator?

A

B

36

ELEKTRIESE MOTOR

Oefening 8


8.1 Volgens watter beginsel werk ‘n elektriese motor?

8.2 Watter komponent kan jy gebruik om die bostaande uit te ken as ‘n motor en nie ‘n

generator nie?

8.3 Is die bostaande motor ‘n gelykstroom – of wisselstroom motor?

8.4 Hoe kan die boostaande motor in die ander tipe motor verander word?

8.5 Gebruik Flemming se linkerhandreël en bepaal of die spoel kloksgewys of anti-

kloksgewys roteer.

8.6 Wat is die energie-omskakeling wat plaasvind in die elektriese motor?

37

GRAFIEKE

Oefening 9

9.1 Beskou die onderstaande diagram en beantwoord die vrae wat volg:

9.1.1 By watter posisie A OF B is die emk gelyk aan nul?

9.1.2 Teken ‘n grafiek van potensiaalverkil teenoor die posisie van die spoel.

9.2 Beskou die onderstaande diagram en beantwoord die vrae wat volg:

Teken ‘n grafiek van stroom teenoor die posisie van die spoel vir die bostaande

diagram, indien dit 25 ms neem om die volle beweging te voltooi.

tegniese wetenskappe

Documents