SCORE: ________ / 100 = ___________  

1  

Name_____________________________________ Alpha ____________

USNAPhysicsDepartment

LCDRShivok’sSP211

2015FirstExamPRACTICEVERSION

Chapters16

Measurement,Motion1‐D,Vectors,Motion2‐D,UniformCircularMotion,Newton’sLaws,Force,Friction,DragandTerminalVelocity.

Ifyouusetheseproblemstohelpyoudeterminetheareasinwhichyouareweak,IbelievetheywillhelpyoupreparefortheFirstExamination.DONOTconfineyourstudytojusttheseproblems.ThisisaREVIEWPROBLEMexercise,NOTanallencompassinggouge!

Exam I, breakdown

Takehome Pts Inclass Pts CH-1 1Q 2 1Q 3 CH-2 4Q’s 9 2Q’s 14 CH-3 2Q’s 4 1Q 5 CH-4 5Q’s 9 2Q’s 14 CH-5 6Q’s 11 2Q’s 16 CH-6 2Q’s 5 2Q’s 8 Total 20 Q’s 40 10 Q’s 60

2  

Chapter 1 (5 points) 

1. (3 points) A tungsten filament in a light bulb starts off as 53.3 cm length of tungsten wire. It is coiled into coils which have a diameter of 46 micrometers on average. The average length of the now coiled wire is 8.3 cm (before the manufacture will coil it a second time to get final length to 2 cm).  How turns are there in the tungsten filament on average (after the first coiling only) inside a typical light bulb (if we assume the coils are tightly packed) [Note the real answer is slightly lower because the coils are truly helical instead of tightly packed]? 

Show all work:  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. (2 points) A sphere has a radius of 27 nanometers and a mass of 4.9 picograms. Its mass density is about: 

A)4.9×10–5kg/m3B)1.4×1023kg/m3C)8.2×10–23kg/m3D)5.9x1010kg/m3E)Noneoftheabove

Show all work:  

 

 

 

 

 

3  

Chapter 2 (23 points) 

3. (3 points) The velocity of sound in air at sea level is about 343 m/s. If a person hears a clap of thunder 3.00s after seeing a lighting flash, how far away is the storm? 

Show all work:  

 

 

 

 

 

 

 

4. (2points) A car travels at 100km/hr for 2hours, at 60 km/hr for the next 2 hours, and finally 80 km/hr for1 hour.  What is the car’s average velocity for the entire journey? 

A)90km/hB)60km/hC)80km/hD)100km/hE)Noneoftheabove

Show all work:  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4  

5. (2points)  A car starts from rest and reaches a velocity of 40 m/s in 10 sec. If its acceleration stays the same, what will its velocity be 5 sec later? 

A)90m/sB)60m/sC)80m/sD)100m/sE)Noneoftheabove

Show all work:  

 

 

 

 

 

 

 

6. (3points)  The brakes of a new car can produce a magnitude of acceleration of 6 m/s2. How far does the car travel during the time the brakes are applied if the car comes to a stop from            30 m/s? 

Show all work:  

 

 

 

 

 

 

 

5  

The next two questions are based on the graph shown at the right. It is a representation of data that might have been obtained during the lab 1D Kinematics with Graphs. The data are the position (x(m)) vs. time (t(s)) for an object.

7. (2 points) The graph that best represents the velocity vs. time is

Explain:  

8. (3 points) The displacement of the object for the time interval t = 2 s to t = 4 s is closest to Show all work:  

6  

9. (3 points) Starting at time t = 0, an object moves along a straight line. Its coordinate in meters is given by x(t) = 85t – 4.0t3, where t is in seconds. When it momentarily stops its acceleration is:  

A) 9.2 × 103 m/s2 B) –73 m/s2 C) –63.9 m/s2 D) –9.8 m/s2 E) None of the above

 

Show all work:  

10. (2 points) Figure 2‐24 shows a red car and a green car that move toward each other. Figure 2‐25 is a graph of their motion, showing the positions xg0 = 370 m and xr0 = ‐65 m at time t = 0. The green car has a constant speed of ‐20 m/s and the red car begins from rest. What is the acceleration magnitude of the red car?  

Fig. 2-24 Problem 35.

Fig. 2-25

A) 9.02 × 10-1 m/s2 B) –1.05 m/s2 C) –3.9 m/s2 D) 2.71 m/s2 E) None of the above

Show all work:  

7  

11. (3 points) A hot‐air balloon is ascending at the rate of 14 m/s and is 64 m above the ground when a package is dropped over the side. With what speed does the package hit the ground? 

 

Show all work:  

8  

Chapter 3 (09 points) 

12. (2 points) Santa’s sleigh is capable of flying with a velocity of 25 m/s in still air. If

Santa is heading back to the North Pole (due north) and encounters a wind of 7.0 m/s directly from the west, the direction he must head his reindeer is closest to

A) B)

C) D) E) None of the above

Show all work:  

13. (3 points) Here are three vectors in meters:

3.00 ̂ 3.00 ̂ 3.00 4.00 ̂ 3.00 ̂ 2.00

8.00 ̂ 8.00 ̂What is the result of ∙ ?

A) 99 B) 155 C) –38 D) 88 E) None of the above

 

Show all work:  

9  

14. (3 points) Given the following three vectors , , , what is the resultant vector’s angle measured from the x-axis?

Show all work:  

15. (1 point) If then what is the magnitude of ?

Show all work:  

10  

16. (1 point) Find the magnitude of a 60N force that acts at an angle of 45 degrees clockwise from the positive y‐axis, a 20N force that acts at an angle of 90 degrees from the positive y‐axis and a 40N force that acts at an angle of 300 degrees from the positive y‐axis. A) 119 B) 55 C) –38 D) 68 E) None of the above

Show all work:  

 

 

 

 

 

 

11  

Chapter 4 (23 points) 

The next three questions are based on: A projectile is fired horizontally from a gun that is 57.0 m above flat ground, emerging from the gun with a speed of 280 m/s.  

17. (2 points) How long does the projectile remain in the air?  

A) 3.04 s B) 4.3 s C) 5.0 s D) 3.4 s E) None of the above

Show all work:  

18. (2 points) At what horizontal distance from the firing point does it strike the ground?  A) 954 m B) 855 m C) 733 m D) 688 m E) None of the above

Show all work:  

     

19. (2 points) What is the magnitude of the vertical component of its velocity as it strikes the 

ground?  A) 95 m/s B) 55 m/s C) 33 m/s D) 68 m/s E) None of the above

Show all work:  

12  

The next three questions are based on: In Fig. 4‐34, a stone is projected at a cliff of height h with an initial speed of 154.8 km/h directed at an angle 0 = 65.0° above the horizontal. The stone strikes at A,                6.16 s after launching.  

Fig. 4-34

20. (3 points) Find the height h (in meters) of the cliff.  Show all work:  

21. (3 points) Find the speed (in m/s) of the stone just before impact at A. 

Show all work:  

22. (3 points) And find the maximum height H reached above the ground.  Show all work:  

13  

23. (2 points) A rifle that shoots bullets at 469 m/s is to be aimed at a target 44.7 m away. If the center of the target is level with the rifle, how high (in cm) above the target must the rifle barrel be pointed so that the bullet hits dead center? 

A) 9.45 cm B) 3.45 cm C) 5.44 cm D) 4.45 cm E) None of the above

Show all work:  

24. (1 point) A woman rides a carnival Ferris wheel at radius 24 m, completing 4.3 turns about its horizontal axis every minute. What is the period of the motion?  

A) 13.95 s B) 13.45 s C) 15.44 s D) 16.45 s E) None of the above

Show all work:  

14  

25. (2 points) An Earth satellite moves in a circular orbit 666 km above Earth's surface with a period of 97.86 min. What is the magnitude of the centripetal acceleration of the satellite? 

A) 9.95 m/s2 B) 8.06 m/s2 C) 5.44 m/s2 D) 1.45 m/s2 E) None of the above

Show all work:  

26. (3 points) A satellite is in circular Earth orbit, at altitude h=200 km above Earth’s surface. There the free‐fall acceleration g is 9.20 m/s2. What is the orbital speed v of the satellite? 

Show all work:  

15  

Chapter 5 (27 points) 

27. (3 points) A 0.15 kg particle moves along an x axis according x(t) = ‐19 + 6t + 8t2 ‐ 9t3, with x in meters and t in seconds. Give an expression for the x, components of the net force                            (in Newtons) at time t. 

Show all work:  

28. (4 points) A 2.90 kg object is subjected to three forces that give it an acceleration                             

= ‐(4.70 m/s^2)  +(5.00 m/s^2) . If two of the three forces are                                                           

1 = (38.0 N)  + (19.0 N)  and  2 = ‐(10.0 N)  + (9.50 N) , find  the x component of the third force.

Show all work:  

16  

29. (2 points) An elevator and its load have a combined mass of 2000 kg. Find the tension in the supporting cable when the elevator, originally moving downward at 12 m/s, is brought to rest with constant acceleration in a distance of 20 m. 

A) 26800 N B) 33000 N C) 27060 N D) 40000 N E) None of the above

Show all work:  

30. (4 points) An electron with a speed of 1.0 × 107 m/s moves horizontally into a region where a constant vertical force of 6.0 × 10‐16 N acts on it. The mass of the electron is 9.11 × 10‐31 kg. Determine the vertical distance the electron is deflected during the time it has moved 41 mm horizontally. 

Show all work:  

17  

The next three questions are based on: Refer to Fig. 5‐36. Let the mass of the block be 1.4 kg and the angle θ be 32°.  

Fig. 5-36

31. (2 points) Find  the tension in the cord  

A) 5.46 N B) 4.36 N C) 7.27 N D) 8.98 N E) None of the above

Show all work:  

 

 

 

 

32. (2 points)  If the cord is cut, find the magnitude of the block's acceleration. 

A) 5.19 m/s2 B) 4.22 m/s2 C) 7.26 m/s2 D) 9.00 m/s2 E) None of the above

Show all work:  

 

 

18  

33. (2points) An object moving at constant velocity in an inertial frame must:  A) have a net force on it  B) eventually stop due to gravity  C) not have any force of gravity acting on it  D) have zero net force acting on it  E) have no frictional force acting on it 

Explain:  

34. (4 points) In figure below, a force  Fis applied to a 4.00 kg block located on a plane inclined at 

angle  30 . The applied force is into the plane and has magnitude 10.0aF N  . What is the normal force on the block? Assume that friction holds the block in place. 

 

 

19  

35. (4 points) Two blocks are connected by a string and pulley as shown. Assuming that the string and pulley are massless, the magnitude of the acceleration of each block is: 

Show all work:  

                                          

20  

Chapter 6 (13 points) 

36. (2 points) A block of mass m is pulled at constant velocity along a rough horizontal floor by an applied force as shown. The magnitude of frictional force is:  

  A) T cos θ  B) T sin θ  C) zero  D) mg  E) mg cos θ Show all work:  

               

37. (2 points) A horizontal force of 12 N pushes a 0.50‐kg book against a vertical wall. The book is initially at rest. If μs = 0.6 and μk = 0.80, the acceleration of the book in m/s2 is:  A) 0  B) 9.4 m/s2  C) 9.8 m/s2  D) 14.4 m/s2  E) 19.2 m/s2 Show all work:  

                

21  

38. (2points) When the three blocks in Fig. 6‐29 are released from rest, they accelerate with a magnitude of 0.900 m/s2. Block 1 has mass M, block 2 has 2M, and block 3 has 2M. What is the coefficient of kinetic friction between block 2 and the table?  

A) .270  B) .940  C) .890  D) .141  E) .219  Show all work:  

39. (2points) An object of mass m and another object of mass 2m are each forced to move along a circle of radius 1.0 m at a constant speed of 1.0 m/s. The magnitudes of their accelerations are:  A) equal  B) in the ratio of 2 : 1  C) in the ratio of 2 : 1  D) in the ratio of 4 : 1  E) zero Show all work:  

22  

40. (3 points) An 800‐N passenger in a car, presses against the car door with a 200 N force when the car makes a left turn at 13 m/s. The (faulty) door will pop open under a force of 800 N. Of the following, the least speed for which the man is thrown out of the car is:  Show all work:  

41. (2 points) A ball is thrown downward from the edge of a cliff with an initial speed that is three times the terminal speed. Initially its acceleration is  A) upward and greater than g  B) upward and less than g  C) downward and greater than g  D) downward and less than g  E) downward and equal to g 

Explain:  

   

Make sure you showed all your work for all problems! Do the idiot check on your math… Does 50 – 30 = 20 or did you fat finger the calculator?