Fysiikan kysymykset - kevät 1991


YLIOPPILASTUTKINTO 20.3.1991 REAALIKOE

1. Autoa aletaan kiihdyttää levosta liukkaalla tiellä, jolloin 58 % painosta tulee vetäville pyörille. Renkaiden ja tien välinen lepokitkakerroin on 0,18. Laske auton maksimikiihtyvyys. Minkävuoksi käytännössä on erittäin vaikeaa saavuttaa em. kiihtyvyyttä? Miksi kiihtyvyys pienenee auton nopeuden kasvaessa, vaikkei moottorin teho aseta rajoitusta?


2. Kappale, jonka massa on 0,20 kg, lähtee levosta liikkeelle siihen vaikuttavan kokonaisvoiman F vaikutuksesta. Voiman suuruus kappaleen kulkeman matkan funktiona muuttuu oheisen kuvion mukaisesti. Määritä a) kappaleen kiihtyvyys, kun kappale on liikkunut 0,15 m, b) kappaleen liike-energia, kun kappale on liikkunut 0,35 m ja c) kappaleen nopeus, kun kappale on liikkunut 0,50 m.

3. a) Mitä tarkoitetaan valekuvalla optisessa kuvauksessa?
b) Millä ehdoilla ohut kupera linssi ja kupera pallopeili yksinään muodostaa valekuvan pääakselilla olevasta esineestä? Esitä em. kuvaukset piirtämällä.

4. Tietoliikennesatelliitit ovat yleensä ns. geostationäärisiä Maan kiertolaisia, joiden ympyrän muotoinen rata sijaitsee päiväntasaajan tasossa siten, että satelliitti pysyy jatkuvasti tietyn päiväntasaajan paikkakunnan yläpuolella. a) Määritä tällaisen satelliitin etäisyys Maan pinnasta (kahden numeron tarkkuus riittää). b) TV-satelliitti ASTRA sijaitsee geostatiomäärisellä radalla lähes suoraan etelässä Vaasasta katsottuna. Kuinka suuren kulman lautasantennin akseli muodostaa vaakatason kanssa, kun antenni on suunnattu Vaasassa kohti ASTRAa (ks. kuviota)? Vaasan sijainti: 63° pohjoista leveyttä, 22° itäistä pituutta.

5. Levykondensaattorin neliön muotoisten levyjen sivun pituus on 25 mm ja levyjen välinen etäisyys 4,0 mm. Levyjen väli on täytetty osittain akryylilevyllä kuvan osoittamalla tavalla.
a) Laske kondensaattorin kapasitanssi. Opastus: systeemiä kannattaa tarkastella kahden kondensaattorin kytkentänä.
b) Kuinka monta prosenttia varatun kondensaattorin sähkökentän energia muuttuu, kun akryylilevy työnnetään (varausta muuttamatta) kondensaattorilevyjen väliin siten, että se täyttää kokonaan levyjen välisen tilan? akryylin suhteellinen permittiivisyys on 3,0.

6. a) Miksi oheisen kuvion mukaisessa tilanteessa mittari A osoittaa virtaa, kun kytkin K suljetaan?

b) Suljettu johdinsilmukka kulkee vakionopeudella magneettikentän läpi oheisen kuvion mukaisesti. Esitä silmukassa kulkeva virta ajan funktiona (periaatekuvio t, I-koordinaatistossa).

c) Mihin suuntaan virta kulkee johdinsilmukan etuosassa, kun sauvamagneetti putoaa kuvion mukaisesti silmukkaa kohti?

7. Tsernobylin ydinvoimalaonnettomuuden tapahtuessa 26.4.1986 reaktiosydämeen oli kertynyt uraanin halkeamistuotteina mm. 100 kg cesiumin isotooppia 137Cs ja 5 kg isotooppia 134Cs. Onnettomuuden seurauksena kummankin isotoopin kokonaismäärästä 13 % pääsi ilmakehään ja levisi pääasiassa eri puolille Eurooppaa. Laske 137Cs- ja 134Cs-päästöjen kokonaisaktiivisuudet päästöhetkellä ja tänään. 137Cs:n puoliintumisaika on 30,2 a ja 134Cs:n 2,1 a.

8. Tyttö leikki junavaunussa superpallolla. Hän heittää pallon kattoon, josta se kimpoaa kattoa vastaan kohtisuoralla nopeudella 6,8 m/s alaspäin ja törmää 2,3 m alempana olevaan lattiaan. Juna liikkuu tasaisella nopeudella 62 km/h. a) Laske pallon nopeus maan pinnan suhteen levossa olevassa koordinaatistossa, kun pallo törmää lattiaan. b) Esitä pallon ratakäyrä samassa koordinaatistossa (asteikkojako näkyviin) ja piirrä kuvioon myös a-kohdassa laskemasi nopeusvektori.

9. a) Mitä tarkoitetaan säteilyn yhteydessä käsitteellä spektri?
b) Piirrä sopivassa koordinaatistossa periaatekuvio 1) hehkulangan ja 2) kaasupurkausputken säteilyn spektristä.
c) Mitä tarkoitetaan absorptiospektrillä ja miten se syntyy?

10. Kierrejousen ominaisuuksia tutkittaessa kevyeen jouseen ripustettu kappale saatettiin pystysuoraan värähdysliikkeeseen. Tällöin värähtelyn jaksonajaksi mitattiin 0,77 s. Jousen pariksi otetaan toinen samanlainen jousi, ja kyseinen kappale pannaan värähtelemään jousien varassa (kuvio).
Laske jaksonaika tapauksissa a, b ja c.

11. Koulun harjoitustyössä suolaliuoksen tiheys määritettiin oheisen kuvion mukaisella koejärjestelyllä. Tutkittavassa liuoksessa kelluvaan sylinterin muotoiseen astiaan (ulkohalkaisija 32 mm) lisättiin punnuksia (m) ja mitattiin uppouman suuruus (h). Tällöin saatiin seuraavat tulokset:

          m/g      5     10     15     20     25     30

          h/mm    35     40     46     51     56     62

Määritä graafista esitystä hyväksi käyttäen liuoksen tiheys ja tyhjän astian massa.

+12. Aineen magneettiset ominaisuudet ja niiden hyväksikäyttö

Tehtävät 13, 14 ja 15 ovat fysiikan yleisen oppimäärän alueelta. Näihin tehtäviin eivät saa vastata oppilaat, jotka ovat opiskelleet fysiikan laajaa oppimäärää enemmän kuin kolme kurssia.

13. Sähköjuna jarruttaa vaihdetta lähestyttäessä nopeudesta 85 km/h nopeuteen 35 km/h siten, että junan hidastuvuus on 0,85 m/s2. a) Kuinka pitkä aika tähän kuluu? b) Kuinka suuri on jarruttava voima, kun junan massa on 96000 kg?

14. Mihin fysikaalisiin ilmiöihin perustuu pääasiassa seuraavien laitteiden toiminta:
a) sähkösilitysrauta, b) sähkömagneetti ja c) vaihtovirtageneraattori?

15. Sulaminen ja jähmettyminen

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99