Fysiikan kysymykset - kevät 1998


YLIOPPILASTUTKINTO 18. 3. 1998 REAALIKOE

1. Autoilija ajaa 55 km:n matkan suurinta sallittua nopeutta. Kahdella kolmasosalla matkasta nopeusrajoitus on 80 km/h ja matkan loppuosalla 50 km/h. a) Laske auton keskinopeus. b) Esitä graafisesti auton paikka ja nopeus ajan funktiona.

2. Tennispallo pudotettiin kerrostalon eri parvekkeilta. Putoamiseen kuluva aika mitattiin kussakin tapauksessa sekuntikellolla. Oheisessa taulukossa on esitetty pudotuskorkeudet ja putoamisajat, jotka on saatu usean mittauksen keskiarvona.

h/m 7,5 10,6 14,1 17,6
t/s  1,32 1,59 1,80 2,05

a) Määritä putoamiskiihtyvyys sopivaa graafista esitystä hyväksi käyttäen.

b) Pohdi mittaukseen liittyviä virhetekijöitä ja esitä, miten kyseistä mene telmää voitaisiin parantaa tarkemman g:n arvon saamiseksi.

3. Juomalasissa, jonka lämpökapasiteetti on 151 J/K, on 350 g mehua, jonka ominaislämpökapasiteetti on sama kuin veden. Mehua jäähdytetään pakastimesta otetulla jäällä, jonka lämpötila on -20 °C. Kuinka paljon jäätä on lisättävä, jotta mehu ja juomalasi jäähtyisivät lämpötilasta 24 °C lämpötilaan 14 °C? Lämpövuotoja ympäristöstä ei oteta huomioon.

4. Tyttö ajaa polkupyörällä vaakasuoraa tietä pitkin ensin nopeudella 2 m/s ja sitten nopeudella 4 m/s vetäen narun päässä heliumilla täytettyä ilmapalloa. Ilma on tyyni. Piirrä kummassakin tapauksessa selkeä kuvio, josta käyvät ilmi palloon vaikuttavat voimat ja niiden keskinäiset suuruudet. Nimeä voimat.

5. a) Mille etäisyydelle kamera on tarkennettava, jos haluat ottaa itsestäsi terävän kuvan tasopeillä hyväksi käyttäen?
b) Kuinka korkea täytyy seinäpeilin vähintään olla, jotta seisoessasi peilin edessä voit nähdä itsesi kokonaan?
c) Kuperan linssin edessä on esine, josta linssi muodostaa varjostimelle ylösalaisin olevan todellisen kuvan. Miten varjostimella oleva kuva muuttuu, kun linssin yläpuolisko peitetään?

Perustele kunkin kohdan vastaus kuvion avulla.

6. Suihkukone tekee pystytasossa ympyräsilmukan. a) Esitä kuvioiden avulla lentäjään kohdistuvat voimat silmukan ylimmässä ja alimmassa pisteessä (kone on yläosassa ylösalaisin). b) Koneen nopeus silmukan alimmassa pisteessä on 1500 km/li. Kuinka suuri pitää silmukan säteen vähintään olla, jos lentäjän ja istuimen välinen puristusvoima ei fysiologisista syistä saa ylittää arvoa 9G (G on lentäjän paino)?

7. a) Sähkökenttää kuvataan kenttäviivoilla. Selosta staattisen sähkökentän kenttäviivojen ominaisuuksia.

b) Eristetty metallipallo, jonka halkaisija on 1 cm ja varaus +2 nC on aluksi 2,5 m:n päässä toisesta eristetystä metallipallosta, jonka halkaisija on 10 cm ja varaus +0,05 nC. Määritä pienempään palloon kohdistuva voima.

c) Pieni pallo viedään lähelle ison pallon pintaa. Miksi pallot vetävät nyt toisiaan puoleensa?

8. Oheisissa kuvioissa on esitetty a) auton sytytysjärjestelmän ja b) metallinsulatusuunin periaate. Selosta kummankin laitteiston toiminta kiinnittäen erityistä huomiota toiminnan kannalta oleellisiin sähköopin ilmiöihin.

k98_1.jpg (19096 bytes)

9. Radioisotooppeja tai lonisoivaa säteilyä käytetään hyväksi esimerkiksi seuraavissa sovelluksissa: a) paksuusmittaus prosessin valvonnassa, b) merkkiainetekniikka, c) sädehoito ja d) palovaroitin. Selosta, mitä säteilyn tai säteilevän aineen ominaisuuksia kussakin sovelluksessa käytetään hyväksi.

10. Kolme samanlaista herkkäliikkeistä vaunua liikkuu kuvion mukaisia teitä pitkin saman matkan pisteisiin A mennessä. Vaunut lähetetään liikkeelle samanaikaisesti samalta korkeudelta y ilman alkunopeutta. Perustele,

a) millä vaunulla on pisteessä A suurin nopeus,

b) millä vaunulla on pisteessä A suurin kiihtyvyys ja c) mikä vaunu ohittaa ensimmäisenä pisteen A.

k98_2.jpg (9098 bytes)

11. Tasapaksun tangon alapää on seinässä olevassa lovessa, ja yläpää on kiinnitetty seinään vaakasuoralla köydellä. Tangon ja köyden välinen kulma on 32°,k98_3.jpg (8795 bytes) ja niiden liitoskohdasta riippuu kevyt kierrejousi, jonka pituus on 1,2 m. Tangon massa on 5,0 kg. Kun jousen päähän ripustetaan metallipallo, jonka massa on 4,2 kg, jousi venyy 18 cm.

a) Kuinka suuri on köydessä vaikuttava voima, kun pallo riippuu jousen päässä levossa?

b) Pallo pannaan heilahtelemaan pystysuunnassa amplitudilla 13 cm. Kuinka suuri on suurin köydessä vaikuttava voima heilahtelun aikana?

12. Esitä kuvaus Kirchlioffin lakien demonstroimisesta käyttäen apuna sopivia kytkentäkaavioita. Käytettävissä on kaksi paristoa, kaksi vastusta, jänniteja virtamittarelta sekä johtimia.

13. Röntgenkvantti, jonka energia on 25,0 keV, törmää levossa olevaan aineen vapaaseen elektroniin ja siroaa takaisin tulosuuntaansa. Laske sironneen kvantin energia ja elektronin saama liike-energia. Epärelativistinen käsittely on riittävä.

14. Kun luonnon hopeaa säteilytetään termisillä neutroneilla, syntyy kahta aktiivista lyhytikäistä isotooppia 110Ag ja 108Ag.

a) Kirjoita näiden radioisotooppien hajoamisreaktiot.

b) Kun neutroneilla aktivoidun hopeanäytteen säteilyä seurattiin gelgerlaskurilla mittaamalla 20 sekunnissa kertynyt pulssimäärä ajan funktiona, saatiin seuraavat tulokset:

aika/s 20 50 80 110 140 170 200
pulssimäärä 18001 9929 6067 4105 3158 2491 2065
aika/s 230 260 290 320 350 380 410
pulssimäärä 1720 1451 1277 1135 962 846 720

Esitä graafisesti pulssimäärän logaritmi ajan funktiona ja määritä kuvan avulla pitkäikäisemmän isotoopin 108Ag puoliintumisaika. (Isotooppi 110Ag on oleellisesti lyhytikäisempi kuin 108Ag.)

 

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99