TSS 2024 Prelim Ans (P1, P2)

2 0 2 4 P r e l i m P u r e P h y s i c s 4 E x p A n s w e r 1 C 2 D 3 C 4 A 5 C 6 D 7 A 8 D 9 A 1 0 B 1 1 C 1 2 A 1 3 C 1 4 B 1 5 D 1 6 C 1 7 C 1 8 A 1 9 B 2 0 B 2 1 D 2 2 A 2 3 D 2 4 C 2 5 C 2 6 B 2 7 B 2 8 A 2 9 D 3 0 A 3 1 B 3 2 B 3 3 C 3 4 B 3 5 D 3 6 D 3 7 A 3 8 D 3 9 C 4 0 C

1 a S p e e d i n c r e a s e s u n i f o r m l y b y 2 . 0 m / s e v e r y s e c o n d . O R F o r e v e r y 1 s , t h e s p e e d i n c r e a s e s u n i f o r m l y b y 2 . 0 m / s . C o m m e n t s : R e s p o n s e s a r e o f t e n n o t p r e c i s e . S h o u l d n o t j u s t r e p e a t w h a t ’ s a l r e a d y g i v e n i n t h e q u e s t i o n e . g . r a t e o f 2 . 0 m / s 2 . [ 1 ] 1 b C a r A – S t r a i g h t l i n e s t a r t i n g f r o m 0 w i t h a c o n s t a n t g r a d i e n t ( + v a l u e ) [ 1 ] C a r B – H o r i z o n t a l l i n e ( - v a l u e ) [ 1 ] R e l e v a n t n u m e r i c a l v a l u e s f o r b o t h c a r A ( 1 0 m / s a t 5 s m a r k ) a n d B ( a t - 3 . 0 m / s ) [ 1 ] C o m m e n t : C a r B t r a v e l s i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n o f C a r A , h e n c e C a r B ’ s v - t g r a p h w i l l b e n e g a t i v e . [ 3 ] 1 c F r o m v = u + a t , v = 0 + 2 t v = 2 t H e n c e , d i s t a n c e = a r e a u n d e r t h e v - t g r a p h d i s t a n c e = ½ ( t ) ( 2 . 0 t ) t 2 = 1 0 0 0 t = 3 1 . 6 s ( n o e c f ) C o m m e n t : O n l y a f e w s t u d e n t s m a n a g e d t o s o l v e t h i s q u e s t i o n . [ 1 ] [ 1 ] F i g 2 . 1 v e l o c i t y / m / s t / s - 3 1 0 0 5

2 a C o r r e c t m a g n i t u d e o f t e n s i o n s , a n d d i r e c t i o n s o f t e n s i o n s a n d r e s u l t a n t [ 1 ] C o r r e c t a n g l e b e t w e e n t e n s i o n s w h e n a r r a n g e d h e a d t o t a i l ( 8 0 o ) [ 1 ] C o r r e c t m a g n i t u d e o f r e s u l t a n t ( a c c e p t 6 4 0 t o 6 6 0 N ) , a n d t h e r e s h o u l d b e n o d o u b t t h a t t h e d r a w n v e c t o r i s a r e s u l t a n t e . g . d o u b l e a r r o w s o r l a b e l l e d a c c o r d i n g l y [ 1 ] C o m m e n t : T h e r e i s a t e n d e n c y f o r s t u d e n t s t o c h a n g e t h e d i r e c t i o n s o f t h e g i v e n v e c t o r s . P l e a s e n o t e o n l y t h e p o s i t i o n o f a v e c t o r c a n b e s h i f t e d , i t s d i r e c t i o n c a n n o t b e c h a n g e d ! [ 3 ] 2 b G r a v i t a t i o n a l f o r c e o f ( b y ) b a l l o o n a c t i n g o n t h e E a r t h . C o m m e n t : T h e t y p e o f f o r c e i s o f t e n n o t s t a t e d . [ 1 ] 3 a F o r a b o d y i n e q u i l i b r i u m , t h e s u m o f c l o c k w i s e m o m e n t s a b o u t a p i v o t i s e q u a l t o t h e s u m o f a n t i - c l o c k w i s e m o m e n t a b o u t t h e s a m e p i v o t . ( N o m a r k i f p i v o t i s n o t m e n t i o n e d ) [ 1 ] 3 b T a k i n g m o m e n t s p o i n t P , F x 0 . 1 = 1 . 8 x 0 . 0 2 F = 0 . 3 6 N [ 1 ] [ 1 ] 4 a P a r t i c l e s o f l i q u i d s a r e h e l d t o g e t h e r b y r e l a t i v e l y s t r o n g i n t e r m o l e c u l a r f o r c e , a n d a r e s l i g h t l y l e s s c l o s e l y p a c k e d t h a n t h a t o f s o l i d s . T h u s , w i t h s m a l l i n t e r m o l e c u l a r d i s t a n c e , t h e r e i s l i t t l e s p a c e f o r l i q u i d s t o b e c o m p r e s s e d . C o m m e n t : N o c r e d i t i f t h e a r r a n g e m e n t o f l i q u i d p a r t i c l e s i s d e s c r i b e d a s t h a t f o r s o l i d s e . g . ‘ v e r y ’ c l o s e l y p a c k e d , ‘ o r d e r l y ’ a r r a n g e d . [ 1 ] [ 1 ] 5 0 0 N 5 0 0 N 1 0 0 ° 8 0 ° R e s u l t a n t

4 b S i n c e p r e s s u r e i s t r a n s m i t t e d e q u a l l y , 𝐹 𝐴  𝐴 = 𝐹 𝐵  𝐵 3 0 0 . 0 1 0 = 𝐹 𝐵 0 .  0 𝐹 𝐵 = 3 0 0 . 0 1 0 × 0 .  0 = 1  0 0 𝑁 [ 1 ] [ 1 ] 4 c S i n c e v o l u m e d i s p l a c e d i s t h e s a m e , 2 0 0 x 0 . 0 1 0 = d x 0 . 5 0 d = 4 . 0 m m O R b y e q u a t i n g w o r k d o n e [ 1 ] 5 a P a t m = ( 1 6 0 – 4 4 – 3 0 c m ) = 8 6 c m H g C o m m e n t : N o t s o w e l l d o n e . A f e w a l s o d i d n ’ t r e a d t h e q u e s t i o n c a r e f u l l y a n d g a v e a n s w e r s i n P a s c a l . [ 1 ] 5 b P = h ρ g 8 6 c m H g = ( 0 . 8 6 m ) ( 1 3 6 0 0 ) ( 1 0 ) = 1 1 6 9 6 0 = 1 1 7 0 0 0 P a C o m m e n t : C o m m o n e r r o r s i n c l u d e n o t c o n v e r t i n g 8 6 c m t o m , a n d n o t r o u n d i n g t h e f i n a l a n s w e r t o t h e a p p r o p r i a t e s . f . [ 1 ] [ 1 ] 5 c A t m o s p h e r i c p r e s s u r e d e c r e a s e s ( w i t h i n c r e a s e i n a l t i t u d e ) . [ 1 ] 5 d G a s m o l e c u l e s m o v e c o n t i n u o u s l y a n d r a n d o m l y , c o l l i d i n g w i t h t h e w a l l s o f t h e c o n t a i n e r a n d t h e l i q u i d s u r f a c e o f t h e m e r c u r y c o l u m n . T h e r e i s a n a v e r a g e f o r c e e x e r t e d b y t h e g a s m o l e c u l e s p e r u n i t a r e a / f r e q u e n t c o l l i s i o n o f p a r t i c l e s w i t h l i q u i d s u r f a c e , c a u s i n g a g a s p r e s s u r e t o b e e x e r t e d o n t h e s u r f a c e o f m e r c u r y c o l u m n , c a u s i n g i t t o d e c r e a s e i n h e i g h t . C o m m e n t : S t u d e n t s n e e d t o a n s w e r t o t h e c o n t e x t o f t h e q u e s t i o n , i . e . u s i n g i d e a s a b o u t m o l e c u l e s . [ 1 ] [ 1 ]

6 a W a t e r t h a t i s h e a t e d b y t h e h e a t i n g e l e m e n t w i l l e x p a n d , b e c o m e l e s s d e n s e a n d r i s e u p [ 1 ] C o o l e r w a t e r a t t h e t o p w i l l s i n k d u e t o a h i g h e r d e n s i t y [ 1 ] s o t h a t i t c a n g a i n h e a t f r o m t h e h e a t e r . T h i s i s t o s e t u p c o n v e c t i o n c u r r e n t s t o h e a t t h e w a t e r e f f e c t i v e l y [ 1 ] . C o m m e n t : Q u i t e w e l l d o n e . M i s s i n g w o r d “ e x p a n d ” [ 3 ] b T h e l a y e r o f a i r t r a p p e d b e t w e e n t h e d o u b l e w a l l s r e d u c e s e n e r g y t r a n s f e r v i a c o n d u c t i o n s i n c e a i r i s a p o o r t h e r m a l c o n d u c t o r . [ 1 ] T h e s i l v e r y s u r f a c e o f t h e d o u b l e w a l l s i s a p o o r e m i t t e r o f i n f r a r e d r a d i a t i o n , r e d u c e s e n e r g y t r a n s f e r t h r o u g h r a d i a t i o n . [ 1 ] C o m m e n t : M a n y s t i l l u s i n g t h e t e r m “ p o o r c o n d u c t o r o f h e a t ” [ 2 ] 7 a E l e c t r o n s f r o m t h e g l a s s r o d a r e t r a n s f e r r e d t o t h e s i l k c l o t h , l e a v i n g t h e r o d w i t h e x c e s s p o s i t i v e c h a r g e s . C o m m e n t : e x c e s s o r m o r e i s a c c e p t a b l e . 1 b N e g a t i v e c h a r g e s a r e a t t r a c t e d t o t h e b a l l u p t h e s t e m a n d a w a y f r o m t h e l e a f . A s t h e l e a f a n d t h e s t e m n o w h a v e t h e s a m e p o s i t i v e c h a r g e , t h e y r e p e l e a c h o t h e r a n d h e n c e t h e l e a f r i s e s . C o m m e n t : S o m e a r e c o n f u s e d w i t h s e t u p s t a t i n g t h a t t h e l e a f i s a t t r a c t e d t o t h e b a l l ” 1 1 8 a T o d i s c o n n e c t t h e a p p l i a n c e f r o m t h e h i g h p o t e n t i a l m a i n s / s u p p l y w h e n t h e s w i t c h i s o p e n C o m m e n t : P o o r l y d o n e . M a n y h a v e t h e i d e a t h a t c u r r e n t f l o w s a n d s t o p s a t o p e n c i r c u i t . 1 b T h e f u s e m e l t s a n d b