Retake Mastering Physics (3NAB0) Date:     April 12,  2017        Time:     18:00 – 21.00  This exam contains ten problems (4 points each). All problems should be worked out on paper. It is mandatory to copy your final answers with units into the table below.   During the exam you are allowed to use (1) the printed formula pages from OASE; (2) (graphical) calculator; (3) dictionary.  Constants: g = 9.80 m/s2;   Name: ………………………………………………………  Student ID: ……………………………     Department: …………………………………………………   

Problem  

Solution with units 

 1  

Point xp = 

 2  

Current I1 =  Current I2 = 

 3  

Power P = 

 4  

Water gauge pressure p =  

height h = 

 5  

Speed of the sphere v =   

Tension TB =  

 6  

Velocity v =  

 7  

Upward force F =   Downward force R =  

 8  

Intensity I =  

 9  

Spring stiffness constant k = 

 

Frequency f = 

 10  

magnitude of the force F =

 

1.  A plane drops a package of supplies to a party of explorers, as shown in Figure 1. If the plane is traveling horizontally at 40.0 m/s and is 100 m above the ground, where does the package strike the ground relative to the point xp at which it is released?  

 Figure 1. 

 2.  Calculate the electrical currents I1 and I2 of the circuit in Figure 2. 

 Figure 2.   

3. An elevator car has a mass of 1600 kg and is carrying passengers having a combined mass of 200 kg. A constant friction force of 4000 N retards its motion upward, as shown in Figure 3. What power P delivered by the motor is required to lift the elevator car at a constant speed of 3.00 m/s?  

 

 Figure 3. 

   4. A house at the bottom of a hill is fed by a full tank of water 5.0 m deep and connected to a house by a pipe that is 110m long at an angle of 58o∙ from the horizontal (see Figure 4). The density of water is 1000 kg/m3  

(a) Determine the water gauge pressure p at the house. (b) What is the height h of the water if it came vertically out of a broken 

pipe in front of the house?  

 Figure 4. 

   

5. Solve symbolically 

 Figure 5. 

  

A pendulum consists of a sphere of mass m attached to a light cord of length L, as shown in Figure 5. The sphere is released from rest at point when the cord 

makes an angle A with the vertical, and the pivot at P is frictionless.  

a) Find the speed of the sphere v when it is at the lowest point B.  b) What is the tension TB in the cord at B?  

 

6.  A 60‐kg archer stands at rest on frictionless ice and fires a 0.50‐kg arrow horizontally at 50 m/s (Figure 6). With what velocity v does the archer move across the ice after firing the arrow?  

 

Figure 6. 

    

7.  A person holds a 50.0‐N sphere in his hand. The forearm is horizontal, as shown in Figure 7. The biceps muscle is attached 3.00 cm from the joint, and the sphere is 35.0 cm from the joint.  

 

Figure 7. 

a) Find the upward force F exerted by the biceps on the forearm  b) Find the downward force R exerted by the upper arm on the forearm 

and acting at the joint. Neglect the weight of the forearm.  8. The intensity of an earthquake wave traveling through the Earth and detected 100 km from the source is 1.0 * 106 W /m2 What is the intensity I of that wave if detected 400 km from the source?  9. A spider of mass 0.30 g waits in its web of negligible mass (Figure 8). 

 

 Figure 8.   

 A slight movement causes the web to vibrate with a frequency of about 15Hz. a)  Estimate the value of the spring stiffness constant k for the web.  b)   At what frequency f would you expect the web to vibrate if an insect of mass 0.10 g were trapped in addition to the spider? 

 

 10.  Estimate the magnitude of the force F (Figure 9b) a person must apply to a wheelchair’s main wheel to roll up over a sidewalk curb (Figure 9a). The main wheels that come in contact with the curb have a radius r, and the height of the curb is h.  

The combined weight for the person and the wheelchair is 1400N, the wheel radius is r= 30 cm. The curb height h = 10 cm. We assume that the wheelchair and occupant are symmetric, and that each wheel supports a weight of 700 N. The center of the combined masses is located in O (see Figure 9b), the center of the wheels. 

 

Figure 9. 

   

1.

    

2. . 

  

    

3.  

 

      

4. A house at the bottom of a hill is fed by a full tank of water 5.0 m deep and connected to a house by a pipe that is 110m long at an angle of 58o∙ from the horizontal (see Figure 4). (a) Determine the water gauge pressure at the house. (b) How high could the water shoot if it came vertically out of a broken pipe in front of the 

house? 

 Figure 4. 

  

  

4a = rho *g*h= rho*g*(5+110*sin(58)) [Pa] 

 4b =h = (5+110*sin(58)) [m]    

    

5. 

  

6.

    

7. 

 

  

    

8.   

The intensity of an earthquake P wave traveling through the Earth and detected 100 km from the source is 1.0 * I 06 W /m2 What is the intensity of that wave if detected 400 km from the source?  Intensity:   (100/400)ˆ2 * 1*10ˆ6 W/mˆ2=1/16* 1*10ˆ6 [W/mˆ2])   

   

9.  

  

    

10.