YLIOPPILASTUTKINTOLAUTAKUNTA      13.3.2002
REAALIKOE

VII FYSIIKKA

  1. Kun ilmassa putoavan kappaleen nopeus mitattiin jaksottimella, saatiin seuraavat tulokset:

    t/s
    v/(m/s)

    0,05
    0,49

    0,15
    1,47

    0,25
    2,45

    0,35
    3,40

    0,45
    4,30

    0,55
    5,02

    0,65
    5,72

    0,75
    6,35

    1. Piirrä kappaleen nopeuden kuvaaja v = v(t).
    2. Perustele kuvaajan muoto.
    3. Määritä kappaleen keskikiihtyvyys aikavälillä 0,20 ... 0,70s.
  2. Kirjoita alla olevat yhtälöt tavanomaisia suureiden tunnuksia käyttäen ja selvitä yksikkötarkastelun avulla, ovatko yhtälöt mahdollisia.

    1. matka = · kiihtyvyys · aika
    2. aika =
    3. putoamiskiihtyvyys =
    4. teho = kitkakerroin · massa · putoamiskiihtyvyys · matka
    5. resistiivisyys =
    6. voima = · permittiivisyys · (sähkökentän voimakkuus)² · pinta-ala (kondensaattorin levyjen välinen vetovoima)
  3. Kuljettaja suorittaa paniikkijarrutuksen vaakasuoralla tiellä siten, että auto liukuu pyörät lukkiutuneina. Tällöin auton nopeus pienenee arvosta 78 km/h arvoon 32 km/h 31 metrin matkalla. Kuinka suuri on renkaiden ja tien välinen liukukitkakerroin? Miten ja minkä vuoksi jarrutusmatka muuttuisi, jos autossa olisi optimaalisesti toimiva jarrujärjestelmä, joka estäisi täysin pyörien lukkiutumisen?
  4. Moottoriveneen massa on 985 kg. Kun veneen potkurista saatava hyötyteho on 45 kW ja nopeus 11 m/s, veneen kiihtyvyys on 2,5 m/s². Kuinka suuri on tällöin veneeseen vaikuttava liikevastusvoima? Oletetaan, että liikettä vastustavat voimat ovat verrannollisia nopeuden neliöön. Kuinka suuri teho tarvitaan veneen kuljettamiseksi vakionopeudella 16 m/s?
  5. Ultraääni. Selosta myös ultraäänen teknisiä sovelluksia kiinnittäen erityistä huomiota siihen, mitä ultraäänen ominaisuutta kussakin käytetään hyväksi.
  6. Kappale liikkuu ympyräradalla.
    Perustele, mitkä seuraavista väitteistä ovat oikeita ja mitkä vääriä:
    1. Kappaleen nopeusvektori on kohtisuorassa sädettä vastaan.
    2. Kappaleen kiihtyvyys voi olla nolla.
    3. Kappaleen kiihtyvyys on vakio, kun kappale on tasaisesti kiihtyvässä ympyräliikkeessä.
    4. Kappaleen tangenttikiihtyvyys voi olla suurempi kuin normaalikiihtyvyys.
    5. Kappaleeseen kohdistuva kokonaisvoima suuntautuu aina ympyräradan keskipisteeseen.
    6. Kappaleen kiihtyvyysvektori voi olla likimain vastakkaissuuntainen nopeusvektorille.
  7. Sähkökentän voimakkuus varatun johdepinnan lähellä saadaan kaavasta E = /, jossa on pinnan varauskate (varaus pinta-alayksikköä kohti) ja on tyhjiön (ilman) permittiivisyys. Tasaisesti varatun tasopinnan varauskate määritetään oheisen kuvion mukaisesti keveään eristelankaan ripustetun varatun pallon avulla. Pallon massa on 0,18 g ja varaus 0,85 nC. Tasapainotilanteessa lanka muodostaa 33º:n kulman pystysuoran pinnan kanssa. Kuinka suuri on pinnan varauskate?
  8. Pyörrevirrat ja niiden tekniset sovellukset
  9. Miten pyritään välttämään luonnossa esiintyvien tai tekniikassa ja lääketieteessä käytettävien radioaktiivisten aineiden säteilyn aiheuttamia haittavaikutuksia?
  10. Lattialla oleva kappale, jonka massa on 0,30 kg, on kiinnitetty kierrejousella seinään. Kappaletta vedetään siten, että jousi venyy 0,10 m, minkä jälkeen kappale päästetään irti. Kuinka pitkän matkan kappale on liikkunut, kun se ensi kerran muuttaa suuntaansa? Kappaleen ja lattian välinen kitkakerroin on 0,42 ja jousen jousivakio 40 N/m.
  11. Putkesta, jonka sisähalkaisija on 8,0 mm, lähtee vesisuihku 500:n kulmassa vaakasuuntaan nähden. a) Kuinka suuri on veden virtausnopeus (vesivirrassa olevan pisaran nopeus) putken suulla, jos suihku nousee 3,8 m:n korkeuteen? b) Kuinka monta litraa vettä virtaa putkesta 1,0 minuutissa? Ilmanvastusta ei oteta huomioon.
  12. Kun monokromaattinen valonsäde osuu veden pintaan 52,5º:n tulokulmassa, on vedessä olevan lasilevyn pinnasta heijastuva valo täydellisesti polarisoitunutta (ks. kuvio). a) Kuinka suuren kulman lasilevy muodostaa vaakatason kanssa? b) Nähdäänkö heijastunut polarisoitu valo veden pinnan yläpuolelta?
    Ilman taitekerroin on 1,00, veden 1,33 ja lasin 1,61.

  13. Männällä varustetussa sylinterissä olevan kaasun tilavuus ja paine muuttuvat oheisen kuvion mukaisesti. Esitä kustakin kolmesta prosessista (1 2, 2 3 ja 3 1),
    1. tekeekö ympäristö työtä kaasusysteemiin vai kaasusysteemi ympäristöön,
    2. siirtyykö lämpöä ympäristöstä kaasuun vai kaasusta ympäristöön.

  14. Sähkömagneetin käämilangan resistanssi on 125 ja käämiin rinnalle kytketyn vastuksen resistanssi 4,0 k. Magneettia pidetään magnetoituna tasajännitelähteellä, jonka napajännite tällöin on 40 V. Kuinka suuri on sähkömagneetin käämin päiden välinen jännite heti kytkimen K avaamisen jälkeen? Päättele jännitteen napaisuus.

  15. Valokennon elektrodia valaistiin monokromaattisella valolla (kuvio). Jännitelähteen avulla piiriin säädettiin sellainen vastajännite, että virran kulku juuri ja juuri lakkasi. Eri aallonpituuksilla saatiin seuraavat pysäytysjännitteen arvot:

    /nm.
    U/V

    389
    0,90

    427
    0,66

    447
    0,50

    471
    0,33

    492
    0,25

    546
    0,02

    Määritä sopivaa graafista esitystä käyttäen Planckin vakio ja valosähköisen ilmiön kynnystaajuus (rajataajuus) elektrodimateriaalille.

+16. Miten voidaan havaita lyhytaaltoisen ( < 700 nm) sähkömagneettisen säteilyn eri lajeja ja mitata näiden aallonpituutta tai kvanttien energiaa?

© Ylioppilastutkintolautakunta / Internetix