Konstanter och storleksordningar: formler att kunna utantill till MaFy-provet
Här är 29 formler och samband inom konstanter och storleksordningar som du behöver kunna utantill till Matematik- och fysikprovet (MaFy-provet), där formelsamling inte är tillåten. Varje formel har en kort förklaring med storheter och enheter och ett räknat exempel som går att lösa utan miniräknare.
Samma formler finns som formelkort i MaFy-appen, där du övar på dem med självbedömning och får tillbaka korten när det är dags att repetera.
Öva på de här formlerna i appen
Översikt: konstanter och storleksordningar i en tabell
| Samband | Formel |
|---|---|
| Coulombs konstant | |
| Elektroner per sekund i en ström | elektroner per sekund |
| hc i eV·nm | |
| Synligt ljus | ca – (violett–rött); |
| Ett år i sekunder | |
| Ett dygn i sekunder | |
| Solens massa i jordmassor | |
| Vattens densitet | (1 g/cm³, 1 kg/liter) |
| Vätets spektralserier | Lyman: till (ultraviolett, 10,2–13,6 eV). Balmer: till (synligt och nära UV, 1,9–3,4 eV) |
| SI-systemets grundenheter | m (längd), kg (massa), s (tid), A (ström), K (temperatur), mol (substansmängd), cd (ljusstyrka) |
| Härledda enheter i grundenheter | , , , , , , , |
| Ljusets färdsträcka på kort tid | respektive |
| Elektronens och protonens viloenergi | |
| Atomens storlek | (0,1 nm) |
| Atomkärnans storlek | – (några femtometer) |
| Typiska energier i eV | ; synlig foton ca –; ca per nukleon |
| Avståndet jorden–månen | (ca 60 jordradier) |
| Solens radie | (ca 110 jordradier) |
| Ljusets fart | |
| Elementarladdningen | |
| Elektronvolt | |
| Plancks konstant | |
| Gravitationskonstanten | |
| Tyngdaccelerationen | |
| Jordens radie | (6 400 km) |
| Avståndet jorden–solen | (1 AE) |
| Jordens massa | |
| Ljusår | |
| Lufttrycket vid havsytan |
Formlerna en och en
Coulombs konstant
Konstanten i Coulombs lag för kraften mellan två punktladdningar i vakuum. Den uttrycks med den elektriska konstanten .
Tips: Provets lista ger bara . Räkna ofta med .
Räknat exempel
Två laddningar på vardera befinner sig 0,30 m från varandra. Hur stor är kraften mellan dem?
Svar: 0,10 N
Elektroner per sekund i en ström
Strömmen (A) är laddning per sekund. Varje elektron bär elementarladdningen , så antalet elektroner per sekund är .
Tips: Återkommer på provet (fysik nr 6). .
Räknat exempel
Genom en lampa går strömmen 0,32 A. Hur många elektroner passerar per sekund?
Svar: 2,0·10¹⁸ per sekund
hc i eV·nm
Fotonenergin är . Med får man energin direkt i eV när våglängden anges i nm.
Tips: Foton med har alltså .
Räknat exempel
Hur stor energi har en foton med våglängden 310 nm (ultraviolett)?
Svar: 4,0 eV
Synligt ljus
Ögat uppfattar elektromagnetisk strålning med våglängder från ca 400 nm (violett) till ca 700 nm (rött). Frekvensen (Hz) och våglängden (m) hänger ihop via ljusfarten .
Tips: Kortare våglängd ger högre frekvens och högre fotonenergi.
Räknat exempel
Vilken frekvens har blågrönt ljus med våglängden 500 nm?
Svar: 6,0·10¹⁴ Hz
Ett år i sekunder
Ett år har sekunder. Minnesregeln är bra för överslag.
Tips: .
Räknat exempel
Ungefär hur många sekunder är 20 år?
Svar: ca 6·10⁸ s
Ett dygn i sekunder
Ett dygn är 24 timmar à 3600 s. Det behövs till exempel för jordens rotation och för satelliter som följer jordens rotation.
Tips: Bra vid omloppstider. Jordens rotation relativt stjärnorna, och därmed en geostationär satellits omloppstid, är ett stjärndygn: ca 23 h 56 min ≈ 86 164 s. För överslag räcker 86 400 s.
Räknat exempel
En punkt på ekvatorn rör sig ett varv (ca m) per dygn. Ungefär hur stor är farten?
Svar: ca 460 m/s
Solens massa i jordmassor
Solen är ungefär 330 000 gånger tyngre än jorden. Sådana kvoter är användbara när man ska avgöra vilket av flera tal som är störst.
Tips: Massorna står på listan, men kvoten är bra för storleksordningsfrågor (fysik nr 8).
Vattens densitet
En liter vatten väger ungefär 1 kg. Luft vid havsytan har densiteten ca , alltså ungefär 800 gånger mindre.
Tips: Luftens densitet står på listan, vattnets inte.
Räknat exempel
Hur stor massa har vattnet i ett akvarium som är 50 cm × 30 cm × 40 cm?
Svar: 60 kg
Vätets spektralserier
Övergångar ned till grundtillståndet ger fotoner med minst , som alla är ultravioletta. Övergångar ned till ger fotoner med högst , varav de första ligger i synligt ljus.
Tips: Balmerlinjen är röd: , ca .
Räknat exempel
Vilken energi har fotonen i Balmerseriens första linje ()?
- ,
Svar: ca 1,9 eV (rött ljus, 656 nm)
SI-systemets grundenheter
Alla andra SI-enheter är härledda ur de sju grundenheterna. Vid dimensionsanalys skriver man varje storhet i grundenheter och kräver att båda leden i en formel får samma enhet.
Tips: Vid dimensionsanalys räcker oftast kg, m, s (och A för elektriska storheter).
Räknat exempel
Visa att har enheten sekund, där är en längd och en acceleration.
Svar: Enheten är s
Härledda enheter i grundenheter
De härledda enheterna fås ur de formler som definierar storheterna. De behövs vid dimensionsanalys (provets uppgifter nr 9 och 15), där man jämför exponenterna för kg, m, s och A.
Tips: Härled i stället för att minnas: , , , , , , , .
Räknat exempel
Vilken enhet i SI-grundenheter har fjäderkonstanten i ?
Svar: kg/s² (= N/m)
Ljusets färdsträcka på kort tid
Med hinner ljuset 300 m på en mikrosekund och 30 cm på en nanosekund. Det gör överslag med snabba partiklar enkla.
Tips: Praktiskt vid relativitetsuppgifter med myoner och partiklar.
Räknat exempel
En partikel med farten lever i 2,0 μs mätt i laboratoriet. Hur långt hinner den?
Svar: 480 m
Elektronens och protonens viloenergi
Viloenergin uttryckt i elektronvolt. Den är praktisk i kärn- och partikelfysik, till exempel vid parbildning, där en foton måste ha minst .
Tips: Protonens viloenergi är ca .
Räknat exempel
Hur stor energi frigörs när en elektron och en positron i vila annihileras?
Svar: ca 1,02 MeV
Atomens storlek
Atomer har radier på ungefär m. Det är också den typiska våglängden för röntgenstrålning som används för att undersöka kristaller.
Tips: Avståndet mellan atomerna i ett fast ämne är av samma storleksordning.
Räknat exempel
Ungefär hur många atomer ligger på rad längs en millimeter?
- En atom är ca m bred.
Svar: ca 5 miljoner
Atomkärnans storlek
Atomkärnor har radier på några femtometer (). Nästan all massa finns i kärnan, medan nästan hela atomens volym är tom.
Tips: Kärnan är ungefär 10 000–100 000 gånger mindre än atomen.
Räknat exempel
Om en atomkärna förstorades till en ärta med diametern 5 mm, ungefär hur stor skulle atomen bli?
- Atomen är ca gånger större än kärnan.
Svar: ca 500 m i diameter
Typiska energier i eV
Energier i mikrovärlden anges i elektronvolt, . Värmerörelse ligger på hundradels eV, kemi och synligt ljus på några eV och kärnfysik på MeV.
Tips: Kemiska bindningar ligger på några eV, kärnprocesser på MeV – en miljon gånger mer.
Räknat exempel
Hur många joule motsvarar en foton på 2,5 eV?
Svar: 4,0·10⁻¹⁹ J
Avståndet jorden–månen
Månen ligger ungefär 380 000 km bort, cirka 60 jordradier. Det är användbart i uppgifter om gravitation, tidvatten och omloppstider.
Tips: Ljuset tar drygt en sekund till månen.
Räknat exempel
Hur lång tid tar en radiosignal från jorden till månen och tillbaka?
Svar: ca 2,5 s
Solens radie
Solens radie är ungefär 700 000 km, drygt hundra gånger jordens radie. Avståndet till solen är ca 200 solradier.
Tips: Solen och månen ser ungefär lika stora ut från jorden.
Ljusets fart
Ljusets fart i vakuum är densamma för alla observatörer. Inget föremål med massa kan nå den.
Elementarladdningen
Laddningen hos en proton, och med minustecken hos en elektron. All fri laddning är en heltalsmultipel av .
Tips: Strömmen motsvarar ca elektroner per sekund.
Elektronvolt
En elektronvolt är den energi en partikel med laddningen får när den accelereras genom spänningen 1 V: .
Tips: Energin en elektron får när den accelereras genom spänningen .
Räknat exempel
En elektron accelereras från vila genom spänningen 200 V. Hur stor rörelseenergi får den, i eV och i J?
Svar: 200 eV = 3,2·10⁻¹⁷ J
Plancks konstant
Plancks konstant kopplar en fotons energi till dess frekvens: .
Tips: Fotonenergi .
Gravitationskonstanten
Konstanten i Newtons gravitationslag . Den är mycket liten, så gravitationen märks bara när minst en massa är stor.
Tyngdaccelerationen
Accelerationen för en fritt fallande kropp nära jordytan. Värdet varierar något med latitud och höjd.
Tips: På provet räknar man ofta med – läs uppgiften.
Jordens radie
Jordens medelradie är ungefär 6 400 km. Den behövs när man räknar med gravitationen på olika höjder över jordytan.
Tips: Jordens omkrets är ca 40 000 km.
Räknat exempel
Hur många gånger svagare är gravitationen på höjden en jordradie över jordytan än vid ytan?
- Avståndet till jordens centrum fördubblas.
- ger faktorn .
Svar: 4 gånger svagare
Avståndet jorden–solen
En astronomisk enhet (AE) är jordens medelavstånd till solen, ungefär 150 miljoner km.
Tips: Solljuset tar ca 8 minuter till jorden.
Räknat exempel
Hur lång tid tar ljuset från solen till jorden?
Svar: ca 8 minuter
Jordens massa
Jordens massa är ungefär kg. Den hänger ihop med och jordradien genom .
Tips: Kan fås ur .
Ljusår
Den sträcka ljuset färdas på ett år. Ett ljusår är en längd, inte en tid.
Tips: .
Lufttrycket vid havsytan
Normalt lufttryck är ungefär 100 kPa. Det motsvarar trycket från en vattenpelare på ca 10 m.
Tips: Motsvarar trycket från ca 10 m vattenpelare.
Var på provet behövs formlerna?
Enligt vår egen genomgång av proven 2024–2026, som finns publicerade på provets officiella webbplats, har uppgifter av den här typen återkommit på följande ställen:
- Konstanter och storleksordningar: Hela fysikprovet (inga hjälpmedel; överslag och storleksordning, t.ex. nr 6, 8 och 12)
Numreringen gäller de senaste årens prov och kan ändras. Gamla prov med facit finns på provets officiella webbplats, se guiden Gamla prov och facit.
Hur lär man sig formlerna utantill?
Läs inte bara igenom listan. Täck över formeln, försök skriva den själv och kontrollera sedan. Gör om det med några dagars mellanrum, och oftare för de formler du glömmer. Kontrollera enheterna i varje formel du skriver: stämmer inte dimensionen är formeln fel. Mer om metoden finns i guiden Formler du måste kunna utantill.
Fler formelområden
- Mekanik 38 formler
- El och magnetism 24 formler
- Vågor och optik 18 formler
- Modern fysik 19 formler
- Termofysik 15 formler
- Algebra, ekvationer och olikheter 27 formler
- Trigonometri och geometri 26 formler
- Derivator och integraler 20 formler
Till formelsamlingen · Om Matematik- och fysikprovet
MaFy-appen och de här sidorna är inte knutna till eller godkända av Chalmers, KTH, GU, SU eller provets arrangörer. Uppgifterna i appen är egna och kopierar inte provets uppgifter.