Physics 30 Final Review

Unit 1 ‐ Kinemacs and Dynamics

‐Know how to idenfy the bolded terms in this unit. Since there is no wring on  the final, you just need to have a working knowledge of these terms.  Not memorizaon usually.

‐d‐t and v‐t graphs are important, so know how to solve problems with each type and the differences between them

d (m) t (s)

109

N

S

5

8

1427

a) What is the velocity at 12 seconds?

b) What is the posion of the object at 24 second?

c) What is the average velocity of the whole trip?

d) What is the average speed of the whole trip?

Slope Area Distance Displacement

d­t graph

Speed or Velocity (direction counts)

N/ADifference between starting point and end point

Difference between starting point and end point (direction counts)

v­t graph Acceleration

Distance or displacement (direction counts)

Area of v­t graph (direction doesn't matter)

Area of v­t graph (above x­axis is positive, below is negative)

v (m/s) t (s)

109

N

S

5

8

1427

a) At what me(s) is the velocity 4 m/s?

b) What is the total displacement of the trip?

Word problems:

‐Recall that somemes they can be solved easily using one of the  four magic formulas, but somemes a combinaon of more than one formula is needed, and somemes drawing a v‐t graph is really helpful.

Example:

An object inially moving 6.00 m/s accelerates at 4.00 m/s 2. Calculate:

a) me to reach a speed of 12.0 m/s.

b) speed at 2.00 s.

c) distance moved in 5.00 s.

d) distance moved in third second.

More challenging examples:

A car moving at 2.00 m/s accelerates at 6.00 m/s2. Calculate the me it takes to travel the first 56.0 m from the point where it started to accelerate.

An object inially moving at a velocity, V, accelerates at 4.50 m/s 2 tripling its velocity while traveling a distance of 72.0 m.

a) What is V?

b) How long does it take the object to travel the 72.0 m?

.

Vectors 

‐have both magnitude and direcon

‐You can solve them however you want to on the final (graphically or mathemacally) but my recommendaon is to know how to solve them mathemacally by breaking them down into components

Example:

A boat is travelling [N 30o E] at 35.0 km/hr for 3 hours.  It then turns and heads [S 45o W] for 2 hours.  How far and in what direcon is the boat from it's starng point?

A car is travelling 100 km/hr [NE] and then turns and accelerates to 100 km/hr [E 20o S].  This takes 2 minutes to accomplish.  What is the car's acceleraon during this me?

‐Also, know the difference between adding and subtracng vectors if only a picture is given

Example:

Add Subtract

  

Newton's Laws of Moon

There always seems to be a queson just on Newton's Laws (ie. Newton's second law states _______)

Inera  is also an important term to understand.  It is an object's tendency to resist changes in moon.  For example, a train has a large amount of inera because it is hard to get moving, and once it is moving it is hard to stop.

Most of the quesons will be F=ma quesons in some form or another.

Recall that when you are looking at a system, there is FA   FF and FNet

   FNet = FA +  FF   (and Fricon is always acng against F A)

When an object is moving, and an acceleraon is given, we can find F Net by using F=ma

Usually, there are a few F=ma problems.  They can involve the four magic formulas, and somemes use vectors as well

Examples:

A 4.00 kg object is accelerang at 3.00 m/s 2 on a friconless surface.  What amount of force was given to the object?

A 3.50 kg object starts at rest and is pushed by a force of 10.0 N.  The amount of fricon on the surface is 2.50 N.  How far does the object move in 15.0 seconds?

FF = 5.00 N

3.00 N 400

The wagon below is being pulled at a 40o angle with 15.0 N, and also has 5.00 N of Fricon and a 3.00 N force pulling in the opposite direcon.  The wagon weighs 7.50 kg.  How far will it have moved in one minute?

.

Weight and Mass

Recall that weight and mass are not the same thing

Weight is the amount of force that gravity exerts on an object.  Thus it can change, depending on how much gravity is pulling on you (ie. If you are in space, you are weightless)

Mass is the amount of maer that an object has.  On Earth, mass and weight are used interchangeably, but be sure to know that they are different.

Weight is found by the formula Fg = mg.   Where g = ‐9.80 N/kg

Example

How much does a 75.0 kg person weigh on Earth?

How much would that person weigh on Mars where g = 3.6 N/kg?

I have never seen "elevator" quesons on the final, but they might be a good thing to review, just in case there is one like it and you would have an idea what to do.

For a quick review, the elevator problems used the following principle:

Fnet = Fg + Fnormal  

Recall that Fnormal is the force that is pushing up on us at all mes to keep us from falling to the center of the Earth.  If Fnormal is greater than Fg we accelerate upwards.  If Fnormal is less than Fg we accelerate downwards.

.

Free Fall

When an object is dropped or shot straight in the air, the only forces acng on it are gravity and air resistance.

Luckily for us, we will neglect air resistance when making calculaons, so the only force we need to worry about is gravity.

So we know that acceleraon is 9.80 m/s 2

When an object is falling, it is easiest to use +9.80 m/s2 because the moon and acceleraon are in the  same direcon (down) .

Examples

An object is dropped from a height of 255 m.  How fast will it be falling when it hits the ground?

One object is dropped from rest out of a window 125 m above the ground, while a second is  thrown downwards at 5.50 m/s.  How many seconds would you have to wait to throw the second object so they hit the ground at the same me?

When an object is being shot straight up, it is easiest to use ‐9.80 m/s2 because the moon and acceleraon are in  opposite direcons .

Examples

A cannon ball is shot straight up at 75.0 m/s.  How high will the cannon ball reach?

A baseball is hit straight upwards at 15.0 m/s off the bat.  How many seconds will a player have to catch it before it hits the ground?

The only me we will deal with air resistance is when discussing terminal velocity.  I haven't seen any quesons dealing with  terminal velocity, but it doesn't hurt to know.

Terminal velocity is the point where the force of gravity and the force of air resistance equal out, therefore causing the object to stop accelerang.

Unit 2 ‐ Mechanical Energy

WorkWork is really a change in energy.  When work is done on an object, the amount of energy that object has is either increased or decreased. Since work has to do with energy the unit that goes along with work is the Joule

There are many formulas for energy, but they are mostly just derivaons of each other.These are the two most commons formulas we use, and then change them as we need.

W = FdW = ∆E   

There are three condions that have to be met in order for  work to be done

1) There must be a force exerted on the object

2) The object must move due to the force

3) The moon of the object must be  parallel to the force on the object

Know these three properes, because there is always a queson on them.

Usually, there is a queson with something that doesn't move, or has centripetal moon (force is perpendicular to the moon, therefore no work is done)

Example:A 25.0 kg crate is pulled 15.0 m by a 75.0 N force with a handle that makes a 30o angle with the ground.  How much work is being done to the crate?

PowerThe rate at which work is done.  The unit for this is the same as the unit later on, which is Was (J/s).

P = W           or    P = ∆Et   t

A Wa is a prey small unit of energy, so oen a kiloWa (kW) is used.  When talking about vehicles, horsepower is used, which is about 746 W.  Horsepower is not on the departmental.

Example: 

A worker at a seed plant lis 45.0 kg bags 1.50 m up to a conveyor belt.  If they can do this on average 50.0 mes in a minute, how much power are they producing in that minute?

.

Kinec EnergyThe energy that an object has when it is moving is its kinec energy .

EK = 1/2 mv2

EK or KE  mean the same thing. Departmental formula sheet uses EK

Example:A 150 kg mass moving with an inial velocity of 15.0 m/s accelerates to 18.0 m/s aer an addional force is applied to it.  How much energy is given to the object to increase its speed to 18.0 m/s?

Calculate the inial velocity of a 4.00 kg mass if aer being pushed a distance of 15.0 m by a 5.70 N force it ends up with a velocity of 7.00 m/s.

Gravitaonal Potenal EnergyPotenal energy is stored energy.  It has the ability to be  changed into other forms of energy (kinec  energy in this secon) , but it is not yet in the form of kinec energy.

Ep = mgh    or Eg  (which is on the formula sheet)An example of this is a dam that holds back water.  The water has a great amount of potential energy because it is at a higher level than the valley below.  Once the wall is removed, the water can fall down and start building kinetic energy.

All Ep

Some Ep and some Ek

All Ek but being converted into electricityExample:

How high is a 3.50 kg ball off the ground if the total energy of the ball is 805 J and the ball has fallen for 1.50 seconds?

Etot = Ep

Etot = Ep + Ek

Etot = Ek

On the departmental, these problems will oen be applied to roller coasters, or a ball on a friconless track.  There are a few of these different ones on the pracce departmentals, so if you see them, use this type of thinking to solve the problem.

Unit 3 ‐ ElectricityElectrostacs

Know the three fundamental laws of electric charges (always a queson on these)

1) Like charges repel2) Opposite charges aract3) Charged objects are aracted to neutral objects

Know how to convert between Coulombs and elementary charges Q = Ne

ExampleA parcle has 2.50 x 10 5 el ch.  What is the charge of this parcle?

Know how to use Coulomb's Law

F = kQ1 Q2

    d2

Remember that there are two different constants8.99 x 109  if you are using Coulombs  and   2.31 x 10‐28  if you are using el ch

ExampleWhat is the force of aracon between the two charges?

4.50 x 10­4 m

12500 el ch 1.75 x 10­3 C

Current

Current is how many coulombs pass by a point every second.  This is measured in Amperes, or Amps.

Alternang current  is how our power is transported from power staons to our homes.Direct current is how most of our mobile devices get power. Baeries are the most common example

Formula is I = Q    t

Generally, quesons to do with current are either theory based (what is the unit for current , what does it mean, alternang vs. direct) or have to do with circuits, which we will cover later in the review.

Know how to use Q = Ne from above in order to find out how many Coulombs might pass a point in a given amount of me.From 2010 prototype:A student is using a laptop computer for 30.0 minutes. The laptop computer runs on a baery that produces an electric potenal of 20.0 V. Due to the nature of its electrical components, the laptop computer draws a total current of 3.25 A.  The number of electrons that leave the negave terminal of the baery during the me the laptop was used is:

 

Potenal Difference (Voltage)

Understand that voltage is the amount of energy that each Coulomb of charge possesses as it moves through a circuit.  The higher the voltage, the more energy that each Coulomb of charge has

There are many formulas for voltage, but again it is more important to understand what voltage is.  Most likely the quesons about voltage will come up in circuit analysis.

Power

There may be some quesons to do with calculang power, but there generally are not that many. kW hr quesons, while important in real life because they relate directly to your future power bills, do not usually make an appearance on departmentals.

Examples

How much power is used by a laptop that draws 3.5 amps and has a potenal difference of 20.0 volts?

How much would it cost to run that computer for 24 hours a day, 7 days a week for a year?  The cost of one kW hr is 12.5 cents.

Resistance

Know the four properes that determine resistance:1) Cross seconal area2) Length3) Temperature4) Natural Properes of the material

Ohm's Law

V = IR is Ohm's Law.  It states that there is a direct relaonship between voltage, current and resistance in a circuit.

High Voltage and high Current would mean a low resistance.Low Voltage and low Current would mean a high resistance. And so on...

V = IR is mostly in the context of circuits, but there are some quesons that are not within a circuit.ExampleWhat is the current if there are 7.50 Ω and 110. V? How much power does it draw?

Circuit Diagrams

Series Parallel Combination

How do I Tell? One path for electrons to follow

Multiple paths for electrons to follow

Series and parallel branches in the same circuit

Current Same everywhere Add up the currentWork from the furthest from the battery back to the battery to find equivalent resistance.

Voltage Add up the voltage Same Everywhere

Resistance Add up the resistance Rt = (1/R1 + 1/R2 ... )­1

Also recall Kirchoff's Laws

1) Kirchoff's Current Law ‐ at any juncon in an electrical circuit, the  total current flowing into that juncon is the same as the  total current leaving the juncon.

2) Kirchoff's Voltage Law ‐ The sum of the voltages at each resistor or juncon  is the same as the  total voltage of the baery.

It It

It

V1

V2

V1 + V2 = 24.0 V

Example

Find the amount of Voltage for V1 and V2 above

.

More circuits

18.0 V

2.00

1.00

3.00

6.00 8.00

7.00

5.00

110.0 V

R1 = 15.0 

V1 = 30.0 V

R2 = 30.0 

R3 = ?

V3 = ?

ExampleWhat is V1? What is R1? What is I2?

12.0 VR2 = 5.00

2.00 A

R1 = ?

I2 = ?

V1 = ?

.

ExampleWhat are V3 and R3?

ExampleWhat is Rt? What is the current flowing through the 1.00 ohm resistor?

Unit 4 Nuclear Physics

Things to know very well:

What radioacvity  is (spontaneous emission of parcles from a radioacve nucleus)

Alpha, Beta, Gamma radiaon  (What are they, what can stop them, which cause a transmutaon)

Which sciensts were involved in the  discovery of radiaon  (Curies, Becquerel) and what they discovered

Natural background radiaon  and other ways that we are exposed to radiaon

The composion of Natural Uranium  (99.3% U‐238, 0.7% U‐235)

Which Uranium is used in a CANDU Reactor vs. other Fission Reactors vs. Nuclear Bombs(Natural unrefined) (3‐4% U‐235) (90% U‐235)

CANDU Reactors ‐ Know the name, diagram, and all terms associated with these reactors (always 2‐4 quesons on these)

Other things to know:

Different ways to detect radiaon  (Geiger Muller Tube and Photographic Plates are most common)

What a Bq, Gy and Sv are (Bequerel, Gray, Sievert) and what they mean (won't be any calculaon quesons with these, just understand how they are used)

What fission and fusion are (differences between them)

The strong force and how it relates to both fission and fusion

Understand what nuclear mass defect means (the mass of a parent nuclei is different than the sum of the protons and neutrons in it, because it takes energy to put the nucleus together)

Understand the Nuclear Fuel Cycle as it relates to CANDU Reactors

Things that almost never come up (unfortunately):

Half life calculaons

Types of Nuclear Fusion (magnec confinement, ineral confinement, cold fusion)

*In General, there are not many calculaon quesons from Nuclear Physics.  It is mostly understanding and knowledge quesons.  If you have a basic understanding of the 

quesons you were assigned, and did well on the quizzes, you will be fine on this secon.  And at the very least you will be able to make an educated guess if you are stumped*