TKSS 2024 Prelim P2 Ans

1 2 0 2 4 S e c o n d a r y 4 P h y s i c s 6 0 9 1 P r e l i m ( S u g g e s t e d m a r k i n g s c h e m e ) Q u e s t i o n K e y M a r k i n g P o i n t s M a r k s 1 ( a ) F r o m P o i n t A t o C , t h e a c c e l e r a t i o n d e c r e a s e s . F r o m C t o D , t h e s t o n e d e c e l e r a t e s a t a c o n s t a n t r a t e . 1 1 1 ( b ) T h e f a l l i n g s t o n e e x p e r i e n c e s a n u p w a r d a i r r e s i s t a n c e . I t i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g s p e e d . A s d o w n w a r d w e i g h t r e m a i n s c o n s t a n t , t h e d o w n w a r d r e s u l t a n t f o r c e d e c r e a s e s . B y F = m a , a c c e l e r a t i o n d e c r e a s e s . 1 1 1 1 ( c ) W h e n v e l o c i t y i s c o n s t a n t , a c c e l e r a t i o n i s z e r o a n d g r a d i e n t o f t h e s p e e d - t i m e g r a p h i s z e r o . F r o m p o i n t A t o C , w h e r e t h e s t o n e i s f a l l i n g i n t h e a i r , t h e r e i s n o p a r t o f t h e g r a p h w h e r e g r a d i e n t i s z e r o . 1 Q u e s t i o n K e y M a r k i n g P o i n t s M a r k s 2 ( a ) C l o c k w i s e m o m e n t = 1 6 5 N x 1 . 2 0 m = 1 9 8 N m o r 1 9 8 0 0 N c m 1 1 2 ( b ) ( i ) T h e c l o c k w i s e m o m e n t s a b o u t O i n c r e a s e s . A s t h e m a n m o v e s u p t h e r a m p , t h e p e r p e n d i c u l a r d i s t a n c e f r o m h i s l i n e o f a c t i o n o f w e i g h t t o p i v o t O i n c r e a s e s . B y m o m e n t = F x d , w i t h w e i g h t c o n s t a n t , m o m e n t i n c r e a s e s . 1 1 2 ( b ) ( i i ) P o i n t O 1 2 b ) ( i i i ) A b o u t p i v o t T , t h e r e a r e t w o a n t i c l o c k w i s e m o m e n t s b y t h e w e i g h t o f t h e r a m p a n d b y t h e w e i g h t o f m a n . A s t h e r a m p i s i n e q u i l i b r i u m , t h e r e m u s t b e a c l o c k w i s e m o m e n t e x e r t e d b y g r o u n d o n r a m p a t p o i n t O t o b a l a n c e t h e s u m o f c l o c k w i s e m o m e n t s . 1 1 Q u e s t i o n K e y M a r k i n g P o i n t s M a r k s 3 ( a ) W h e n t h e b a l l o o n h i t s s t u d e n t B , s o m e e n e r g y i n t h e k i n e t i c s t o r e o f b a l l o o n i s t r a n s f e r r e d t o i n t e r n a l s t o r e o f t h e b a l l o o n a n d i n t e r n a l s t o r e o f t h e s u r r o u n d i n g s . T h e e n e r g y i n t h e k i n e t i c s t o r e o f t h e b a l l o o n d e c r e a s e s . N o e n e r g y i s c r e a t e d o r d e s t r o y e d , t h e t o t a l e n e r g y o f t h e i s o l a t e d s y s t e m i s c o n s t a n t . 1 1 1 3 ( b ) W D = F d F = m g W D = 1 . 6 × 1 0 × 5 . 0 = 8 0 J 1 1

2 3 ( c ) E = 1 / 2 m v 2 v = √ ( 2 × 8 0 / 1 . 6 ) = 1 0 m / s 1 1 Q u e s t i o n K e y M a r k i n g P o i n t s M a r k s 4 ( a ) a n y t w o f r o m : • r a y f r o m t o p / b o t t o m o f o b j e c t , p a r a l l e l t o p r i n c i p a l a x i s , r e f r a c t e d t h r o u g h r i g h t - h a n d p r i n c i p a l f o c u s • s t r a i g h t r a y f r o m s a m e p o i n t o n o b j e c t t h r o u g h o p t i c a l c e n t r e • r a y t h a t ( s e e m s t o ) c o m e f r o m l e f t - h a n d p r i n c i p a l f o c u s t h r o u g h s a m e p o i n t o f o b j e c t a n d r e f r a c t e d p a r a l l e l t o p r i n c i p a l a x i s r a y s t r a c e d b a c k t o i n t e r s e c t i o n A N D i n t e r s e c t i o n / i m a g e l a b e l l e d I 2 1 4 ( b ) v i r t u a l A N D a n y o n e f r o m : • c a n n o t b e p r o j e c t e d o n a s c r e e n • ( r e a l ) l i g h t ( r a y ) d o e s n o t p a s s t h r o u g h i m a g e • l i g h t o n l y s e e m s t o c o m e f r o m i m a g e • I m a g e i s o n t h e s a m e s i d e a s t h e o b j e c t 1 4 ( c ) A n y t w o : R e a l , i n v e r t e d , s m a l l e r s i z e 1 1 Q u e s t i o n K e y M a r k i n g P o i n t s M a r k s 5 ( a i ) F a t m o s p h e r e e x e r t s o n p i s t o n P = p A = 1 . 0 × 1 0 5 x 7 0 µ = 1 . 0 × 1 0 5 x 7 0 × 1 0 - 6 = 7 . 0 N 1 5 ( a i i ) F o i l e x e r t s o n p i s t o n P = p A = 4 . 0 × 1 0 5 x 7 0 µ = 4 . 0 × 1 0 5 x 7 0 × 1 0 - 6 = 2 8 N 1 1 5 ( a i i i ) F = 2 8 – 7 . 0 = 2 1 N 1 5 ( b ) I d i s a g r e e . B y p a s c a l ’ s p r i n c i p l e , t h e p r e s s u r e a t p i s t o n P i s e q u a l t o t h e p r e s s u r e a t p i s t o n Q . B y P = F / A , w i t h a l a r g e r c r o s s - s e c t i o n a l a r e a , f o r c e b y p i s t o n Q i s l a r g e r t h a n F . 1 1

3 Q u e s t i o n K e y M a r k i n g P o i n t s M a r k s 6 ( a ) T h e g l u e p a r t i c l e s a r e r u b b e d a g a i n s t t h e n o z z l e a n d g a i n s e l e c t r o n s a s i t f l o w s o u t t h u s c a u s i n g c h a r g i n g b y f r i c t i o n . 1 1 6 ( b ) A l l t h e g l u e d r o p l e t s h a v e l i k e c h a r g e s a n d w o u l d r e p e l e a c h o t h e r a n d t h u s s p r e a d o u t e v e n l y . 1 6 ( c ) W h e n s a n d o n t h e c o n v e y o r b e l t p a s s e s b e t w e e n t h e m e t a l p l a t e s , e l e c t r o n s w i l l b e a t t r a c t e d t o t h e b o t t o m p o s i t i v e l y c h a r g e d p l a t e , l e a v i n g i n d u c e d p o s i t i v e c h a r g e s a t t h e t o p o f t h e s a n d . S i n c e t h e g l u e o n t h e p a p e r i s n e g a t i v e l y c h a r g e d , s a n d m o v e s u p w a r d s a s u n l i k e c h a r g e s a t t r a c t . 1 1 Q u e s t i o n K e y M a r k i n g P o i n t s M a r k s 7 ( a ) A s t h e d i r e c t i o n o f t h e e l e c t r i c c u r r e n t / v o l t a g e c h a n g e s , e a c h e n d o f t h e i r o n c o r e a l t e r n a t e s b e t w e e n n o r t h a n d s o u t h p o l e . T h e n e a r e n d o f t h e i r o n r o d i s i n d u c e d w i t h a n u n l i k e p o l e . U n l i k e p o l e s a t t r a c t s . A s t h e p o l e s o f t h e b a r m a g n e t r e m a i n s u n c h a n g e d . T h e f o r c e o n t h e b a r m a g n e t w i l l a l t e r n a t e b e t w e e n a t t r a c t i v e a n d r e p u l s i v e , a s l i k e p o l e s r e p e l a n d u n l i k e p o l e s a t t r a c t . 1 1 1 7 ( b ) P e r i o d = 0 . 0 2 s F r e q u e n c y = 1 / 0 . 0 2 = 5 0 H z 1 7 ( c ) ( i ) W a v e l e n g t h = v / f = 3 3 0 / 2 4 0 = 1 . 4 m 1 7 ( c ) ( i i ) T h e v i b r a t i o n / a m p l i t u d e o f t h e c o n e d e c r e a s e s a s t h e c u r r e n t d e c r e a s e s , h e n c e s o f t e r . I g n o r e l o w f r e q u e n c y . 1 1 Q u e s t i o n K e y M a r k i n g P o i n t s M a r k s 8 ( a ) w o u l d b e u n a f f e c t e d / l i t t l e a f f e c t e d ( b y c a r t o n / c o n t e n t s ) 1 8 ( b ) b a r i u m - 1 3 9 - d e c a y s q u i c k l y w h i c h m e a n s t h a t t h e r a d i o a c t i v e m a t e r i a l w i l l l o s e i t s a c t i v i t y