Fysiikan kysymykset - kevät 1993


YLIOPPILASTUTKINTO 24.3.1993 REAALIKOE

1. Hissin kannatinvaijeria saa kuormittaa enintään 15,3 kN voimalla.
a) Kuinka suuri on hissin sallittu kiihtyvyys, jos hissikorin massa on 650 kg ja matkustajien suurin sallittu massa 640 kg?
b) Kuinka suuri voi matkustajien hissin lattiaan kohdistama voima enintään olla hissin liikkuessa?

2. a) Selitä lämpövoimakoneen periaate lyhyesti energiavirtakaaviota hyväksi käyttäen.
b) Loviisan ydinvoimalan kokonaishyötysuhde on 33 %. Prosessissa hyödyntämättä jäänyt lämpö siirretään ympäristöön jäähdyttämällä lauhdutinta merivedellä. Yhden voimalayksikön hyötyteho on noin 450 MW, ja sen turbiinipiirin lauhduttimen läpi pumpataan merivettä 25m3/s. Kuinka paljon lauhduttimen läpi virtaavan veden lämpötila kohoaa?

3. a) Ultraääniß
b) Kun metalliseinämän rakennetta tutkittiin ultraäänen heijastumista hyväksi käyttäen, saatiin oskilloskoopin näyttöön oheinen kuva. Siinä pulssi 1 on lähtöpulssi ja pulssi 3 on seinämän takapinnasta heijastunut pulssi. Määritä seinämän paksuus, kun ultraäänen nopeus tutkittavassa aineessa on 5250 m/s.
Kuvasta näkyy, että seinämässä on rakennevirhe. Kuinka syvällä se on?
Kuvan vaaka-akselilla 1 ruutu 2 µs.
4. Tikkaat nojaavat(lähes) kitkattomasti pystysuoraan seinään siten, että niiden kaltevuuskulma on 55°. Tikkaiden massa on 28 kg ja pituus 4,80 m. Tikkaiden painopiste sijaitsee 2,00 m etäisyydellä alapäästä. Kuinka suuri pitää tikkaiden ja lattian välisen kitkakertoimen olla, jotta 65 kg painoinen henkilö voi seisoa 1,20 m etäisyydellä tikkaiden yläpäästä (3.puola) ilman, että tikkaat alkavat liukua?
5. a) Sähkökentän kenttäviivat ja tasapotentiaalipinnat
b) Oheinen kuvio esittää erään sähkökentän tasapotentiaalipintoja, jotka ovat kohtisuorassa kuvion tasoa vastaan. Määritä sähkökentän voimakkuus pisteessä P. Jäljennä kuvio vastauspaperiisi ja piirrä siihen kenttävoimakkuusvektori.

6. a) Mitä tarkoitetaan käämien induktiivisella kytkennällä? Mistä seikoista kytkentää kuvaava suure keskinäisinduktanssi riippuu?
b) Auton sytytyspuolassa on kaksi induktiivisesti kytkettyä käämiä. Kun primaarikäämin virtaa katkotaan, se pienenee 5A 0 A ajassa 2 ms. Kuinka suuri on käämien keskinäisinduktanssin oltava, jotta sekundäärikäämiin indusoituisi 20 kV jännite?

7. a) Itsevalaisevissa kelloissa käytetään loisteainetta, johon vielä 1960-luvulla sekoitettiin pieni määrä -aktiivista radiumia. Kuinka paljon (grammoina) tarvittiin 226 Ra-isotooppia tuottamaan keskimäärin 100 -hiukkasta sekunnissa, kun kyseisen isotoopin puoliintumisaika on 1620 a?
b) Radiumin -hajoamisessa syntyvä tytärydin hajoaa -emissiolla ja muodostunut uusi ydin edelleen -emissiolla, jonka jälkeen tapahtuu ß-hajoaminen. Nimeä em. hajoamissarjassa syntyvät nuklidit.

8. Kuinka suuri vaakasuora nopeus v0 täytyy herkkäliikkeiselle leikkiautolle antaa, jotta auto selviäisi oheisen kuvan mukaisesta ympyräsilmukasta? Piirrä periaatekuvio silmukan ylimmässä pisteessä olevaan autoon vaikuttavista voimista myös siinä tapauksessa, että autolle onkin annettu alkunopeus 2vo.

9. Aaltoliikkeen polarisaatio.
Miten radioaaltojen ja valon polarisaatiota hyödynnetään käytännön sovelluksissa?

10. Kaksoistähti muodostuu kahdesta lähekkäisestä tähdestä, joista kumpikin kiertää omaa ympyrärataansa yhteisen massakeskipisteen ympäri. Siriuksen järjestelmässä paljain silmin näkyvä Sirius A ja heikkovaloinen valkoinen kääpiö Sirius B kiertävät toisiaan siten, että niiden etäisyys on jatkuvasti 3,0·1012m. Määritä liikkeen jaksonaika, kun Sirius A:n massa on 2,1 m ja Sirius B:n 1,0 m, missä m on Auringon massa.

11. Oppilastöissä piti tutkia pienen hehkulampun (nimellisjännite 6.3 V) läpi kulkevan sähkövirran ja lampussa tapahtuvan jännitehäviön välistä riippuvuutta. Käytettävissä oli 6 V akku, säätövastuksia, tarpeelliset mittarit ja johtimia. a) Piirrä kaavio mittaukseen soveltuvasta kytkennästä. b) Eräässä kokeessa saatiin seuraavat tulokset:

 U/V   0,26  0,53  1,00  1,52  2,00  3,00  4,01  5,00  6,00

 I/A   0,82  1,41  1,84  2,22  2,55  3,05  3,56  4,01  4,35

Lamppu alkoi hehkua noin 2 A virralla ja loisti kirkkaana kokeen lopussa. Piirrä I = I (U)-kuvaaja. Miten kuvaajan muoto voidaan selittää?

+12. Lyhytaaltoisen sähkömagneettisen säteilyn ( < 700 nm) havaitseminen ja aallonpituuden (energian) mittaaminen.

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. Sekä avaruusaluksessa että sukellusveneessä on luukku, jonka pinta-ala on 0,55 m2. Kummankin aluksen sisällä on normaali ilmanpaine 101 kPa. Kuinka suuri ja minkä suuntainen paine-erosta aiheutuva voima kohdistuu luukkuun, kun avaruusalus on ulkoavaruudessa ja sukellusvene on 30 m syvyydessä Tukholman edustalla.

14. a) Sähkökentän kuvaaminen kenttäviivoilla.
b) Piirrä sähkökentän kenttäviivat alla mainituissa tapauksissa:

pistevaraus

sähködipoli

kondensaattorilevyt

15. Hiiliajoituksen periaate ja käyttö

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99