MSHS 2024 Prelim P2 + Ans

T h i s d o c u m e n t c o n s i s t s o f 2 3 p r i n t e d p a g e s i n c l u s i v e o f t h i s c o v e r p a g e . C l a s s / I n d e x N u m b e r / C e n t r e N u m b e r / ‘ O ’ L e v e l I n d e x N u m b e r / N a m e M A R I S S T E L L A H I G H S C H O O L P R E L I M I N A R Y E X A M I N A T I O N S E C O N D A R Y F O U R P H Y S I C S 6 0 9 1 / 0 2 P a p e r 2 S t r u c t u r e d a n d F r e e R e s p o n s e 2 2 A u g u s t 2 0 2 4 1 h o u r 4 5 m i n u t e s C a n d i d a t e s a n s w e r o n t h e Q u e s t i o n P a p e r . N o A d d i t i o n a l M a t e r i a l s a r e r e q u i r e d . R E A D T H E S E I N S T R U C T I O N S F I R S T W r i t e y o u r c l a s s , i n d e x n u m b e r a n d n a m e o n a l l t h e w o r k y o u h a n d i n . W r i t e i n d a r k b l u e o r b l a c k p e n . Y o u m a y u s e a n H B p e n c i l f o r a n y d i a g r a m s o r g r a p h s . D o n o t u s e s t a p l e s , p a p e r c l i p s , g l u e o r c o r r e c t i o n f l u i d . S e c t i o n A A n s w e r a l l q u e s t i o n s . W r i t e y o u r a n s w e r s i n t h e s p a c e s p r o v i d e d o n t h e q u e s t i o n p a p e r . S e c t i o n B A n s w e r o n e q u e s t i o n . W r i t e y o u r a n s w e r s i n t h e s p a c e s p r o v i d e d . C i r c l e y o u r c h o i c e o f q u e s t i o n o n t h e c o v e r p a g e . C a n d i d a t e s a r e r e m i n d e d t h a t a l l q u a n t i t a t i v e a n s w e r s s h o u l d i n c l u d e a p p r o p r i a t e u n i t s . T h e u s e o f a n a p p r o v e d s c i e n t i f i c c a l c u l a t o r i s e x p e c t e d , w h e r e a p p r o p r i a t e . C a n d i d a t e s a r e a d v i s e d t o s h o w a l l t h e i r w o r k i n g i n a c l e a r a n d o r d e r l y m a n n e r , a s m o r e m a r k s a r e a w a r d e d f o r s o u n d u s e o f P h y s i c s t h a n f o r c o r r e c t a n s w e r s . T h e n u m b e r o f m a r k s i s g i v e n i n b r a c k e t s [ ] a t t h e e n d o f e a c h q u e s t i o n o r p a r t q u e s t i o n . T h e t o t a l n u m b e r o f m a r k s f o r t h i s p a p e r ( s e c t i o n s A a n d B ) i s 8 0 . F o r E x a m i n e r ’ s U s e S e c t i o n A 7 0 S e c t i o n B ( 1 2 / 1 3 ) 1 0 T o t a l 8 0

2 S e c t i o n A A n s w e r a l l q u e s t i o n s i n t h i s s e c t i o n . 1 F i g . 1 . 1 s h o w s a m a n c y c l i n g f o r w a r d o n a s t r a i g h t r o a d s u r f a c e P . A f t e r c y c l i n g f o r 1 0 s , h e e n t e r s a r o a d s u r f a c e Q . T h r o u g h o u t t h e e n t i r e j o u r n e y , t h e m a n e x e r t s a c o n s t a n t f o r w a r d d r i v i n g f o r c e o f 6 0 0 N . F i g . 1 . 1 F i g . 1 . 2 s h o w s a g r a p h o f t h e r e s i s t i v e f o r c e a c t i n g o n t h e b i c y c l e a g a i n s t t i m e . F i g . 1 . 2 T h e m a n a n d h i s b i c y c l e h a v e a c o m b i n e d m a s s o f 1 5 0 k g . H i s i n i t i a l s p e e d i s 2 . 0 m / s . ( a ) C a l c u l a t e t h e a c c e l e r a t i o n o f t h e m a n a n d h i s b i c y c l e a t t = 5 s . a c c e l e r a t i o n = … … … … … … … … . … … … … … … … . [ 2 ] ( b ) C a l c u l a t e t h e s p e e d o f t h e b i c y c l e a t t = 1 0 s . s p e e d = … … … … … … … … … … … … . . . … … . . [ 2 ]

3 ( c ) D e s c r i b e t h e v e l o c i t y a n d a c c e l e r a t i o n o f t h e c y c l i s t f r o m 1 0 s t o 2 0 s . … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . [ 1 ] 2 F i g . 2 . 1 s h o w s a n a r c h e r s h o o t i n g a n a r r o w a t a t a r g e t d u r i n g a c o m p e t i t i o n . F i g . 2 . 1 ( a ) T h e a r r o w h a s a m a s s o f 0 . 0 2 5 k g a n d i s i n i t i a l l y a t r e s t . T h e a r r o w l e a v e s t h e b o w 0 . 0 1 3 s a f t e r t h e b o w s t r i n g i s r e l e a s e d . W h e n i t l e a v e s t h e b o w , t h e v e l o c i t y o f t h e a r r o w i s 8 6 m / s . C a l c u l a t e ( i ) t h e a v e r a g e f o r c e e x e r t e d o n t h e a r r o w d u r i n g t h e 0 . 0 1 3 s . a v e r a g e f o r c e = … … … … … … … … … … … … … … … . [ 2 ]

4 ( i i ) T h e m a g n i t u d e o f t h e f o r c e e x e r t e d o n t h e a r r o w b y t h e b o w s t r i n g i s n o t c o n s i s t e n t d u r i n g t h e 0 . 0 1 3 s . S u g g e s t w h y t h i s i s s o . … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … . . [ 2 ] ( b ) O n F i g . 2 . 2 , s k e t c h a p o s s i b l e s p e e d - t i m e g r a p h f o r t h e a r r o w a f t e r t h e b o w s t r i n g i s r e l e a s e d . [ 2 ] F i g . 2 . 2

5 3 A m a s s , h a n g i n g o n t h e e n d o f a s t r i n g , i s p u l l e d h o r i z o n t a l l y s i d e w a y s t o t h e r i g h t s o t h a t t h e s t r i n g m a k e s a n a n g l e o f 3 0 o w i t h t h e v e r t i c a l a s s h o w n i n F i g . 3 . 1 . I n t h i s p o s i t i o n , t h e t e n s i o n i n t h e s t r i n g i s 8 . 0 N . B y m e a n s o f a s c a l e d i a g r a m , d e t e r m i n e t h e w e i g h t o f t h e m a s s . F i g . 3 . 1 w e i g h t o f m a s s = … … … … … … … … … … … … … … … … [ 4 ] 8 . 0 N 3 0 o m a s s w e i g h t

6 4 F i g . 4 . 1 s h o w s a d o o r a n d a n a u t o m a t i c d o o r - c l o s e r v i e w e d f r o m a b o v e . F i g . 4 . 1 W h e n t h e d o o r o p e n s a n d c l o s e s , t h e h i n g e a c t s a s a p i v o t . A g i r l o p e n s t h e d o o r b y e x e r t i n g a f o r c e P a t p o i n t X . F o r c e P i s p e r p e n d i c u l a r t o t h e s u r f a c e o f t h e d o o r . ( a ) F i g . 4 . 1 s h o w s t h a t p o i n t X i s a t a d i s t a n c e o f 0 . 7 2 m a l o n g t h e f r o n t o f t h e d o o r f r o m t h e h i n g e . T h e f o r c e P i s 2 5 N . ( i ) C a l c u l a t e t h e m o m e n t o f f o r c e P a b o u t t h e h i n g e . m o m e n t o f f o r c e = … … … … … … … … … … … … … … [ 1 ] ( i i ) T h e d o o r r o t a t e s a b o u t t h e h i n g e b y 9 0 ⁰ . A s i t r o t a t e s , t h e f o r c e P r e m a i n s p e r p e n d i c u l a r t o t h e s u r f a c e o f t h e d o o r . T h e c i r c u m f e r e n c e o f a c i r c l e o f r a d i u s 0 . 7 2 m i s 4 . 5 m . C a l c u l a t e t h e w o r k d o n e o n t h e d o o r b y f o r c e P . w o r k