YLIOPPILASTUTKINTOLAUTAKUNTA      19.3.2003
REAALIKOE

VII FYSIIKKA

  1. Perustele lyhyesti, mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa ja mitkä eivät:
    1. Luonnossa on aina jonkin verran ionisoivaa ("radioaktiivista") säteilyä.
    2. Röntgenkuvia otettaessa voidaan säteilylle herkkiä elimiä suojata lyijylevyillä.
    3. Radonytimistä lähtevät -hiukkaset voivat kulkeutua tuulen mukana pitkiäkin matkoja.
    4. Pääasiallinen syy ydinjätteen sijoittamiseen yli puolen kilometrin syvyydelle kallioperään on se, että jätteestä lähtevä säteily vaimenee kallioon.
  2. Oppitunnilla tutkittiin pienirenkaisen ketjun muodostaman heilurin jaksonajan T riippuvuutta ketjun pituudesta l. Eräs ryhmä mittasi 10 heilahduksen ajan eripituisille ketjuille. Tulokset on esitetty oheisessa taulukossa:

    l/m

    10T/s


    0,24
    0,38
    0,49
    0,58
    0,71
    0,86
    1,05
    1,23
    1,50
    1,63
    1,74
    1,84

    8,2
    10,0
    11,2
    12,4
    13,5
    15,5
    17,3
    18,7
    20,2
    21,4
    22,1
    22,8

    1. Esitä tulokset graafisesti l,T²-koordinaatistossa.
    2. Kuinka pitkän ketjun jaksonaika on 1,5 s?
    3. Esitä yhtälö, josta voidaan laskea jaksonaika, kun heilurin pituus tunnetaan.
  3.  

    Kuva 1 esittää keveiden lankojen varassa riippuvia sähköisesti varattuja palloja A ja B ja kuva 2 vapaaksi päässyttä heliumtäytteistä ilmapalloa.

    1. Piirrä kuviot, joista ilmenevät palloon A ja ilmapalloon vaikuttavat voimat, ja nimeä voimat. Kiinnitä huomiota voimien keskinäisiin suuruuksiin.
    2. Selitä, mitkä ovat näiden voimien Newtonin III lain mukaiset vastavoimat, ja kerro, mihin ne vaikuttavat.
  4. Hissi, jonka massa on 940 kg, liikkuu ylöspäin. Sen vauhti pienenee 1,2 sekunnissa tasaisesti arvosta 2,9 m/s arvoon 0,85 m/s. Hissin moottorin hyötysuhde on 89 %. Kuinka paljon moottorin sähköverkosta ottama teho muuttuu tarkasteluaikana? Liikevastuksia ei oteta huomioon.
    1. Tarkastele mekaanisten ja sähkömagneettisten aaltojen taittumista kahden aineen rajapinnassa.
    2. Esitä jokin menetelmä kiinteän aineen taitekertoimen määrittämiseksi. Piirrä selkeä kuvio.
  5. Tasapaksu lankku, jonka massa on 16,5 kg ja pituus 4,5 m, nojaa kuvan mukaisesti sileään seinään. Kaltevuuskulma on = 29º. Lankun ja maan välinen lepokitkakerroin on 0,80, kun taas lankun ja seinän välinen kitka on mitättömän pieni. Poika, jonka massa on 21 kg, lähtee hitaasti kiipeämään lankkua pitkin ylöspäin. Kuinka pitkälle hän pääsee, ennen kuin lankku romahtaa alas?

  6. Erään 100 watin hehkulampun virta riippuu jännitteestä oheisen kuvan mukaisesti.
    1. Miksi kuvaaja ei ole suora?
    2. Esitä graafisesti lampun kuluttama sähköteho jännitteen funktiona.
    3. Verkkojännitteeseen (230 V) kytketyn lampun tehonkulutusta pienennetään etuvastuksella. Kuinka suuri on etuvastuksen resistanssi, kun lamppu kuluttaa 65 W:n tehon?

  7. Eräässä kokeessa tutkittiin, suunnistavatko muurahaiset myös Maan magneettikentän avulla. Muurahaiset pääsivät liikkumaan vaakasuoralla alustalla, joka oli sijoitettu pitkän solenoidin sisään. Maan magneettikentän magneettivuon tiheyden vaakasuora komponentti oli 4,0·10-5 T. Kokeessa haluttiin kääntää magneettivuon tiheyden vaakakomponentin suuntaa 90º siten, että sen suuruus pysyi samana. Minkä suuntainen tuli solenoidin akselin tällöin olla? Kuinka suuri oli solenoidissa kulkeva sähkövirta, kun solenoidin pituus oli 102 cm ja kierrosmäärä 240?
    1. Rutherfordin ja Bohrin atomimallien kokeellinen tausta.
    2. Bohrin vetyatomimallin keskeiset oletukset.
  8. Kuvan mukainen äänirauta värähtelee harmonisesti taajuudella 392 Hz siten, että sen kärjen pystysuora amplitudi on 0,32 mm.
    1. Kuinka suuri on kärjen suurin nopeus?
    2. Oletetaan, että kukkakärpänen istuu värähtelevän kärjen päällä. Kuinka moninkertainen kärpäsen painoon nähden on tällöin kärpäsen ja ääniraudan välinen kosketusvoima suurimmillaan?

    1. Miksi keittolevyllä olevassa kattilassa kiehuvan veden lämpötila ei nouse, vaikka levyn virtakytkin on maksimiasennossaan?
    2. Miksi jääkaapista otetun virvoitusjuomapullon ulkopintaan tiivistyy vettä?
    3. Miksi nestekaasupullo jäähtyy, kun siitä otetaan kaasua?
  9. Kaksoistähden tähtien A ja B massat ovat mA = 0,82 M ja mB = 2,2 M (M on Auringon massa), ja niiden vakiona pysyvä etäisyys on 4,3·1010 m. Kumpikin tähti kiertää omaa ympyrärataansa järjestelmän painopisteen ympäri. Laske kiertoaika.
    1. Aluksi varauksettomat samanlaiset metallipallot A ja B ovat kosketuksissa toisiinsa. Negatiivisesti varattu eboniittisauva tuodaan kuvan mukaisesti pallon A lähelle, minkä jälkeen A ja B siirretään etäälle toisistaan. Lopuksi sauva viedään pois. Mitä voidaan sanoa pallojen varauksista tämän jälkeen?

    2. Levykondensaattorin lähekkäin olevat johdelevyt on kytketty pariston napoihin (kuvassa kytkin K on suljettuna). Levyjen välimatkaa suurennetaan. Miten muuttuvat kondensaattorin varaus ja levyjen välisen sähkökentän voimakkuus?
    3. Miten jännite, varaus ja sähkökentän voimakkuus muuttuvat siinä tapauksessa, että kytkin avataan ennen levyjen loitontamista?

  10. Röntgenkvantti, jonka energia on 56,0 keV, siroaa vapaasta elektronista siten, että sen energia pienenee 2,5 keV ja liikesuunta muuttuu 55º. Kuinka suuren liike-energian elektroni saa, ja mihin suuntaan se liikkuu?
  11. Tasapaksu kynttilä kelluu vesitäytteisessä kynttilänjalassa kuvan mukaisesti. Määritä kuvan perusteella kynttilän tiheys.


+16. Nyky-yhteiskunnan ei voi kuvitella toimivan ilman sähköverkkoa. Keskeinen fysiikan ilmiö sähköverkon toiminnan kannalta on sähkömagneettinen induktio. Selitä induktioilmiö ja esitä, miten sitä käytetään hyväksi sähkön tuottamisessa, energian siirrossa ja sähköllä toimivissa laitteissa.

© Ylioppilastutkintolautakunta / Internetix