Fysiikan kysymykset - kevät 1995


YLIOPPILASTUTKINTO 22.3.1995 REAALIKOE

1. Pyörillä varustettu tavarankuljetushäkki, jonka massa on 220 kg, lähtee vierimään pitkin lastaussiltaa, joka muodostaa 12° kulman vaakatason kanssa. Kuinka suuri on häkin kiihtyvyys, kun siihen vaikuttava vierimisvastus on 260 N?

2. a) Selosta lyhyesti kuumailmapallon toimintaperiaate.
b) Miksi nestekaasupullo jäähtyy, kun siitä otetaan kaasua?
c) Teräspultti on juuttunut alumiinikappaleeseen. Helpottaako rakenteen lämmittäminen (esim. kuumailmapuhaltimella) pultin irtoamista?

3. a) Linssi tai peili voi muodostaa esineestä joko todellisen kuvan tai valekuvan.
Selosta näiden käsitteiden ero.
b) Esine on koveran pallopeilin pääakselilla 3,0 cm päässä peilistä, jonka kaarevuussäde on 16 cm. Määritä piitämällä kuvan paikka ja selosta, millainen kuva muodostuu.

4. Pyörimisliikettä demonstroitaessa polkupyörän vanne pyörii (lähes) kitkattomasti kiinteän akselinsa ympäri. Pyörän ulkosäde on 32 cm ja hitausmomentti 0,085 kgm2. Pinnojen väliin 24 cm etäisyydelle akselista on kiinnitetty pienehkö kappale, jonka massa on 0,40 kg. Kun lisäkappale on ylimmässä asennossa, pyörän pyörimisnopeus (kierrostaajuus) on 1,2 1/s. Kuinka suuri on pyörän kulmanopeus ja kehäpisteen nopeus, kun kappale on alimmassa asennossa?
5. Oheinen kuva esittää kaavamaisesti oskilloskoopin kuvaputkea. a) Selosta kuvan avulla putken toiminta. b) Selosta, mihin perustuu vaihtojännitteen mittaaminen oskilloskoopilla.

6. Talon räystäällä olevan lumiesteen metallitanko, jonka pituus on 3,0 m, irtoaa siihen törmäävän jäämassan vuoksi. Tanko putoaa ilman alkunopeutta 11 m matkan siten, että se pysyy vaakasuorana itä-länsisuunnassa. Maan magneettikentän magneettivuon tiheyden vaakakomponentti kyseisessä paikassa on 14 µT. Esitä graafisesti tangon päiden välille indusoituva jännite ajan funktiona. Piirrä myös kuvio, josta ilmenee jännitteen napaisuus. Ilman vastusta ei oteta huomioon.

7. a) Selosta sidososuuskäyrän avulla, miksi energiaa vapautuu fissioreaktiossa. (Sidososuus on sidosenergia nukleonia kohti.)
b) Selosta säätösauvojen ja hidastinaineen tehtävä ydinreaktorissa.

8. Kappaleet A ja B voivat liikkua ilmatyynyradalla kitkattomasti samaa suoraa pitkin. Oheisessa kuviossa on esitetty kummankin kappaleen paikka ajan funktiona.
a) Selosta tapahtuma, johon kuvio liittyy.
b) Määritä kappaleen A massa, kun B:n massa on 51 g.
9. Laivanosturin puomia tukevat nivel A sekä vaijeri BC, jonka kiinnityspiste C on 1,0 m etäisyydellä puomin kärjestä (kuvio). Rakenteen heikoin kohta on vaijeri BC, jota saa rasittaa korkeintaan 52 kN voimalla.
a) Kuinka suuren kuorman nosturilla voi nostaa, kun puomin pituus on 7,0 m ja massa 680 kg? Puomin painopisteen etäisyys nivelestä A on 3,0 m.
b) Määritä nivelessä A vaikuttava tukivoima suurimman kuorman tapauksessa.

10. Gammakvantti irrottaa elektronin kupariatomin sisimmältä elektronikuorelta (K-kuori). Irronneen elektronin tilelle siirtyy elektroni seuraavalta kuorelta (L-kuori). Kupariatomi lähettää tällöin K -säteilykvantin, jonka energia riittää poistamaan elektronin L-kuorelta. a) Laske K -säteilyn aallonpituus. b) Kuinka suuri on L-kuorelta irronneen elektronin (ns. Augerin elektroni) nopeus? Kupariatomin K-kuoren elektronin sidosenergia on 0,935 keV.

11. Teollisuusyritys kehitteli lämpöa varaavia tarjoiluastioita. Teräspäällysteisen lautasen A ja keraamisen lämpölautasen B ominaisuuksia verrattiin kokeellisesti. Mittauksissa käytettiin kalorimetrina styroxmuovista valmistettua pakkauslaatikkoa. Laatikossa oli 1,80 dm3 vettä, jonka lämpötila oli 14,2 °C. Kalorimetriin siirrettiin lämpökaapista (lämpötila 97 °C) ensin lautanen A ja jonkin ajan kuluttua lisäksi lautanen B. Oheinen taulukko esittää kalorimetrin lämpötiloja mittauksen aloitushetkestä lähtien. Määritä kummankin lautasen lämpökapasiteetti ja lautasmateriaalien ominaislämpökapasiteetit. Lautasen A massa oli 1,197 kg ja lautasen B 0,790 kg. Styrox-laatikon lämpökapasiteetti on merkityksettömän pieni.
t/s 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
/°C 14,2 14,2 14,2 14,7 16,5 18,3 19,5 19,8 19,7 19,8 19,8
t/s 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420
/°C 19,8 19,9 20,6 22,0 24,1 24,9 25,6 25,5 25,7 25,6 25,6
+12. Vetyenrgiateknologia on ympäristönäkökohtien kannalta mahdollisuus. Vety ei ole primaarinen energianlähde, vaan sen tuttamiseen tarvitaan energiaa. Selitä oheisen kuvan avulla aurinkoenergiapohjaisen vetyenergiateknologian periaate ja selosta sen eri vaiheisiin liittyviä fysikaalisia ilmiöitä. Arvioi menetelmän etuja ja haittoja Suomen oloissa.


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. a) Miten Newtonin ensimmäinen laki (jatkavuuden laki) ilmenee liikenteessä?
b) Mitkä ovat kaksi muuta mekaniikan peruslakia (Newtonin toinen ja kolmas laki)?
c) Laskuvarjohyppääjä putoaa vakionopeudella. Kuinka suuri on ilman vastusvoima, kun hyppääjän ja varjon yhteinen massa on 95 kg?

14. Kotitalouksien käyttöön on tarjolla samanlaisella kannalla varustettuja tavallisia hehkulamppuja ja loisteputkilamppuja. 75 W hehkulampun hinta on 4 mk ja käyttöikä noin 1000 h. Loisteputkilampun, jolla on sama valovoima, tehonkulutus on 15 W, hinta 140 mk ja käyttöikä 8000 h
a) Minkävuoksi hehkulampun tehonkulutus on moninkertainen "yhtä kirkkaaseen" loisteputkilamppuun verrattuna?
b) Mitä seikkoja on otettava huomioon harkittaessa, kannattaako esim. omakotitalon sisävalaistuksessa käytettävät hehkulamput vaihtaa loisteputkilamppuihin?

15. Selosta,
a) mistä Auringon säteilemä energia on peräisin ja
b) miten saadaan tietoa aurinkokunnan rakenteesta,

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99