Fysiikan kysymykset - syksy 1988


YLIOPPILASTUTKINTO 14.9.1988 REAALIKOE

1. Mies työntää laatikkoa vaakasuoralla alustalla oheisen kuvan mukaisesti siten, että laatikkoon kohdistuva työntövoima muodostaa 30° kulman vaakatason kanssa. Tällöin laatikko etenee suoraviivaisesti vakionopeudella. Laatikon massa on 47 kg ja laatikon ja alustan välinen liukukitkakerroin 0,32.

a) Piirrä kuvio, josta ilmenevät laatikkoon vaikuttavat voimat.
b) Kuinka suurella voimalla mies työntää laatikkoa?

2. Onton rautasylinterin sisähalkaisija on 80,00 mm ja sen sisällä olevan umpinaisen alumiinisylinterin halkaisija 79,80 mm, kun lämpötila on 20°C. Missä lämpötilassa alumiinisylinteri juuttuu kiinni, kun sylintereitä lämmitetään?

3. Selitä lyhyesti, mitä on a) ääni, b) resonanssi, c) huojunta (huojuminen).

4. Homogeeninen sylinteri vierii tasaisella vaakasuoralla alustalla. Selvitä, miten eteneminen ja pyöriminen kytkeytyvät toisiinsa. Mikä on sylinterin kehän ylimmän ja alimman pisteen nopeus alustaan nähden, kun sylinterin painopisteen nopeus on v?

5. Kolme vastusta on kytketty sarjaan tasavirtalähteeseen. Vastusten resistanssit ovat 10,8 k, 49,7 k ja 53,2 k ja virtalähteen napajännite 2,50 V (virtalähteen sisäinen resistanssi on pieni). a) Laske vastuksen, jonka resistanssi on 10,8 k, päiden välinen jännite. b) Volttimittarilla, jonka sisäinen resistanssi on 10,0 k, mitataan kyseisen vastuksen päiden välinen jännite. Mikä on volttimittarin lukema?

6. Puolijohdediodi

7. a) Mitkä ilmiöt tukevat käsitystä, että sähkömagneettinen säteily koostuu kvanteista?
b) Määritä röntgenkvantin energia ja liikemäärä, kun röntgensäteilyn aallonpituus on 0,154 nm.

8. Kaksi palloa riippuu kevyen langan varassa kuvan osoittamalla tavalla. Pallon A massa on puolet pallon B massasta. Pallo A poikkeutetaan 90° tasapainoasemastaan ja päästetään irti. Laske pallon B heilahduskulma täysin kimmoisen törmäyksen jälkeen.

9. Pitkä suora optinen kuitu muodostuu ytimestä ja sitä ympäröivästä kuoresta. Kuidun päät ovat kohtisuorassa kuidun akselia vastaan. Kuinka suuren kulman kuidun ydinosan päähän osuva valo muodostaa kuidun akselin kanssa, kun valo poistuu kuidun toisesta päästä? Kuidun ytimen taitekerroin on 1,47 ja kuoren 1,45.

10. Kaksi suoraa yhdensuuntaista johdinta, joiden etäisyys on 84 mm. on yhdistetty vastuksella, jonka resistanssi on 1,8 . Homogeeninen magneettikenttä, jonka magneettivuon tiheys on 1,35 T, on kohtisuorassa systeemiä vastaan. Johtimia pitkin vedetään metllisauvaa, jolloin piiriin indusoituu 81 mA virta kuvion mukaisesti. a) Mihin suuntaan sauva liikkuu? b) Kuinka suuri on sauvan nopeus? c) Kuinka suurella johtimien suuntaisella voimalla sauvaa vedetään, kun sauvaan kohdistuva kitkavoima on 12 mN?

11. Radioaktiivista isotooppia sisältävässä näytteessä tapahtuvien hajoamisten lukumäärä mitattiin minuutin välein 15 s ajan. Mittaustulokset on esitetty oheisessa taulukossa:

aika/min                0   1   2   3   4   5   6   7   8
hajoamisten lukumäärä  451 420 383 369 334 319 305 277 260
Laadi tuloksista graafinen esitys siten, että kuvaajaksi tulee suora ja määritä sen avulla radioaktiivisen isotoopin puoliintumisaika.

+12. Valonlähteet

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. Putoamisliike

14. Ennen vanhaan kadun varteen kerätty lumi sulatettiin paikallaan vedeksi. Arvioi energiakustannusten kannalta, kannattaako lumi sulattaa paikallaan vai kuljettaa pois, kun oletetaan, että yhden lumikuorman kuljetuksen polttoainekustannukset ovat 20 mk. Autokuormaan mahtuu 12 m3 lunta.
Oletetaan, että sulatettava lumi on -10-asteista ja sen tiheys on noin 250 kg/m3. Lumen ominaislämpökapasiteetti on 2,2 kJ/kg K ja sulamislämpö 330 kJ/kg. Sulamiskoneen hyötysuhteeksi oletetaan 50 % ja sulatukseen käytettävän energian hinnaksi 30 p/kWh.

15. Modernissa fysiikassa puhutaan sähkömagneettisen säteilyn (esim. valon) dualistisesta luonteesta. Mitä tällä tarkoitetaan? Anna sopivia esimerkkejä.

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99