Fysikk Fysikk 1

Studieguide

God oversikt over pensum med forklaringer, formler, vanlige feil og eksamenstips.

Introduksjon

Fysikk 1 er programfaget på VG2 (LK20-læreplan FYS01-02, fagkode REA3037). Faget har 14 kompetansemål som dekker forsøk og dataanalyse, modeller, energi og klima, rettlinjet bevegelse, krefter og energi, programmering for ikke-konstant akselerasjon, bevegelsesmengde, energiformer og virkningsgrad, elektrisitet, temperatur og varme, stråling, strålingsbalansen til jorda, atommodeller og fusjon/grunnstoffdannelse.

Eksamen i Fysikk 1: Faget har ikke sentralgitt skriftlig eksamen — kun lokalt gitt eksamen som kan være muntlig, muntlig-praktisk eller skriftlig. Vurderingen skjer derfor i hovedsak gjennom standpunktkarakter basert på undervisningsåret.

Studieguiden dekker 8 LK20-seksjoner: krefter og bevegelse, energi, varmelære, elektrisitet, astronomi, stråling og klima, atommodeller og kjernefysikk, og programmering og modellering. Hvert tema inneholder teori, gjennomregnede eksempler, viktige formler, vanlige feil og eksamenstips.

Merk: LK20 fysikk 1 har ikke klassisk bølge-/lydlære som hovedtema (var i LK06). Bølgebegreper inngår nå kun i konteksten av stråling og elektromagnetiske bølger.

Krefter og bevegelse

Eksamensrelevant

Newtons tre lover, kraftdiagrammer, bevegelseslikninger, fritt fall og skråplan — grunnmuren i mekanikken.

Newtons tre lover

Newtons lover er fundamentet i klassisk mekanikk og beskriver sammenhengen mellom kraft og bevegelse. Disse tre lovene er helt sentrale på eksamen.

Newtons 1. lov (treghetsloven):

Et legeme som er i ro, forblir i ro. Et legeme som er i bevegelse, fortsetter med konstant fart i rett linje — med mindre en ytre kraft virker på det.

Eksempel: En bok som ligger på et bord, forblir i ro fordi normalkraften balanserer tyngdekraften. Nettokraften er null.

Newtons 2. lov (kraftloven):

$\sum F = ma$

Summen av alle krefter på et legeme er lik massen ganger akselerasjonen. Denne loven er den viktigste i hele Fysikk 1 — nesten alle mekanikkoppgaver bruker den.

Enhet: Kraft måles i Newton (N). $1 \text{ N} = 1 \text{ kg} \cdot \text{m/s}^2$ .

Newtons 3. lov (loven om aksjon og reaksjon):

Når legeme A virker med en kraft på legeme B, virker legeme B med en like stor og motsatt rettet kraft tilbake på legeme A.

$F_{A \to B} = -F_{B \to A}$

Eksempel: Når du dytter en vegg, dytter veggen deg tilbake med like stor kraft.

Viktige krefter

Tyngdekraft: $G = mg$ , der $g = 9{,}81 \text{ m/s}^2$ (tyngdeakselerasjonen). Virker alltid loddrett nedover.

Normalkraft ( $N$ ): Kontaktkraften vinkelrett på underlaget. På et flatt underlag: $N = mg$ .

Friksjonskraft: $f = \mu N$ , der $\mu$ er friksjonskoeffisienten. Virker alltid mot bevegelsesretningen.

Snorkraft / strekkraft ( $S$ ): Kraften i et tau eller en snor. Virker langs snoren.

Kraftdiagrammer (frittlegemediagrammer)

Et kraftdiagram viser alle krefter som virker på ett legeme. Dette er det viktigste verktøyet i mekanikk.

Slik tegner du et kraftdiagram:

1. Tegn legemet som en prikk eller enkel figur

2. Tegn inn tyngdekraften $G = mg$ nedover

3. Tegn normalkraften $N$ vinkelrett på underlaget

4. Tegn friksjonskraften $f$ langs underlaget, mot bevegelsesretningen

5. Tegn evt. påført kraft $F$ i oppgitt retning

6. Sett opp $\displaystyle \sum F = ma$ i x- og y-retning

Bevegelseslikninger (konstant akselerasjon)

Når akselerasjonen er konstant, gjelder disse fire bevegelseslikningene. Du må kunne disse utenat til Del 1.

De fire bevegelseslikningene:

$v = v_0 + at$

$s = v_0 t + \frac{1}{2}at^2$

$v^2 = v_0^2 + 2as$

$s = \frac{v_0 + v}{2} \cdot t$

Der $v_0$ = startfart, $v$ = sluttfart, $a$ = akselerasjon, $t$ = tid, $s$ = strekning.

Eksempel: Bil som akselererer

En bil starter fra ro ( $v_0 = 0$ ) og akselererer med $a = 2{,}0 \text{ m/s}^2$ i $t = 8{,}0 \text{ s}$ . Finn sluttfarten og tilbakelagt strekning.

Sluttfart:

$v = v_0 + at = 0 + 2{,}0 \cdot 8{,}0 = 16 \text{ m/s}$

Strekning:

$\displaystyle s = v_0 t + \frac{1}{2}at^2 = 0 + \frac{1}{2} \cdot 2{,}0 \cdot 8{,}0^2 = 64 \text{ m}$

Bilen oppnår en fart på 16 m/s (57,6 km/t) og kjører 64 meter.

Fritt fall

Fritt fall er bevegelse der bare tyngdekraften virker. Akselerasjonen er da lik tyngdeakselerasjonen $g = 9{,}81 \text{ m/s}^2$ nedover.

Bevegelseslikninger for fritt fall (nedover positiv):

$v = v_0 + gt$

$\displaystyle s = v_0 t + \frac{1}{2}gt^2$

$v^2 = v_0^2 + 2gs$

Eksempel: Fritt fall fra bygning

En stein slippes fra ro ( $v_0 = 0$ ) fra en bygning som er 20 m høy. Hvor lang tid tar det før steinen treffer bakken?

Vi bruker $\displaystyle s = v_0 t + \frac{1}{2}gt^2$ med $s = 20 \text{ m}$ , $v_0 = 0$ :

$\displaystyle 20 = \frac{1}{2} \cdot 9{,}81 \cdot t^2$

$\displaystyle t^2 = \frac{2 \cdot 20}{9{,}81} = 4{,}08$

$t = \sqrt{4{,}08} \approx 2{,}0 \text{ s}$

Steinen bruker ca. 2,0 sekunder på å falle 20 meter.

Skråplan

Et skråplan er et av de vanligste oppgavetypene i fysikk 1. Nøkkelen er å dekomponere tyngdekraften i to komponenter: én langs planet og én vinkelrett på planet.

Kraftdekomponering på skråplan med vinkel $\alpha$ :

Tyngdekraftkomponent langs planet: $G_x = mg\sin\alpha$

Tyngdekraftkomponent vinkelrett på planet: $G_y = mg\cos\alpha$

Normalkraften: $N = mg\cos\alpha$ (når ingen andre krefter virker vinkelrett)

Friksjonskraften: $f = \mu N = \mu mg\cos\alpha$

Eksempel: Kloss på skråplan

En kloss med masse $m = 5{,}0 \text{ kg}$ glir ned et skråplan med vinkel $\alpha = 30°$ og friksjonskoeffisient $\mu = 0{,}20$ . Finn akselerasjonen.

Krefter langs planet (positiv ned):

$\displaystyle \sum F = mg\sin\alpha - \mu mg\cos\alpha = ma$

$a = g(\sin\alpha - \mu\cos\alpha)$

$a = 9{,}81 \cdot (\sin 30° - 0{,}20 \cdot \cos 30°)$

$a = 9{,}81 \cdot (0{,}500 - 0{,}20 \cdot 0{,}866)$

$a = 9{,}81 \cdot (0{,}500 - 0{,}173) = 9{,}81 \cdot 0{,}327$

$a \approx 3{,}2 \text{ m/s}^2$

Klossen akselererer ned skråplanet med ca. $3{,}2 \text{ m/s}^2$ .

Eksempel: Newtons 2. lov med friksjon

En kasse med masse $m = 10 \text{ kg}$ dras langs et horisontalt gulv med en kraft $F = 50 \text{ N}$ . Friksjonskoeffisienten er $\mu = 0{,}30$ . Finn akselerasjonen.

Normalkraft: $N = mg = 10 \cdot 9{,}81 = 98{,}1 \text{ N}$

Friksjonskraft: $f = \mu N = 0{,}30 \cdot 98{,}1 = 29{,}4 \text{ N}$

Newtons 2. lov:

$\displaystyle \sum F = F - f = ma$

$\displaystyle a = \frac{F - f}{m} = \frac{50 - 29{,}4}{10} = \frac{20{,}6}{10} = 2{,}1 \text{ m/s}^2$

Nøkkelformler

• $\sum F = ma$ — Newtons 2. lov
• $G = mg$ — Tyngdekraft
• $f = \mu N$ — Friksjonskraft
• $v = v_0 + at$
• $\displaystyle s = v_0 t + \frac{1}{2}at^2$
• $v^2 = v_0^2 + 2as$
• $G_x = mg\sin\alpha$ — Tyngdekraft langs skråplan
• $G_y = mg\cos\alpha$ — Tyngdekraft vinkelrett på skråplan

Vanlige feil

⚠️Glemmer å tegne kraftdiagram — dette er det viktigste verktøyet og gir poeng på eksamen
⚠️Blander $\sin$ og $\cos$ ved kraftdekomponering på skråplan — husk: langs planet er $\sin$ , vinkelrett er $\cos$
⚠️Glemmer at friksjonskraften avhenger av normalkraften, ikke av tyngdekraften direkte
⚠️Bruker feil fortegn i bevegelseslikningene — velg positiv retning og vær konsekvent
⚠️Glemmer at fritt fall betyr at bare tyngdekraften virker — luftmotstand neglisjeres
⚠️Setter $N = mg$ selv på skråplan — normalkraften er $N = mg\cos\alpha$ på skråplan

Eksamenstips

💡Start alltid med kraftdiagram — tegn alle krefter som virker på legemet
💡Velg et koordinatsystem med én akse langs bevegelsesretningen — det forenkler regningen
💡Skriv opp $\sum F = ma$ i begge retninger og løs systematisk
💡Kontroller enheten: akselerasjon skal ha enhet m/s², kraft skal ha enhet N
💡Sjekk rimelighet: en akselerasjon på 100 m/s² er sjelden riktig i hverdagssituasjoner

Laster...

Introduksjon

Merk: LK20 fysikk 1 har ikke klassisk bølge-/lydlære som hovedtema (var i LK06). Bølgebegreper inngår nå kun i konteksten av stråling og elektromagnetiske bølger.