Fysiikan kysymykset - syksy 1991


YLIOPPILASTUTKINTO 18.9.1991 REAALIKOE

1. Tavarajunan veturin massa on 89 t ja junan vaunujen yhteinen massa 1800 t. Junan pyörien ja kiskojen välinen kitkakerroin on 0,15. a) Kuinka pitkällä matkalla juna saadaan pysähtymään vaakasuoralla radalla nopeudesta 65 km/h, jos pelkästään veturi jarruttaa? b) Kuinka suuri radan kaltevuus (lasku kilometri matkalla) saa enintään olla, jotta juna ylipäänsä pysähtyisi pelkästään veturin jarruilla?


2. Kuparikappaletta, jonka massa on 376 g, lämmitetään uunissa, jolloin kuparin lämpötila muuttuu oheisen kuvion mukaisesti. a) Selitä, mitä kuparissa tapahtuu ajanjaksoina I, II ja III. b) Laske kuparin vastaanottama teho vaiheissa I ja II.

3. Vastaa perustellen, mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa ja mitkä eivät.
a) Mikroaaltojen pituus on pienempi kuin ultraäänen nopeus.
b) Valon taipuminen hilassa on interferenssi-ilmiö.
c) Valon kokonaisheijastus voi tapahtua vain, jos valo tulee kahden aineen rajapintaan pienemmän taitekertoimen omaavan aineen puolelta.
d) Kahden lähes samantaajuisen ääniaallon interferoidessa syntyvä huojunta on selvin, mikäli aaltojen ampitudit ovat yhtä suuret.

4. Umpinainen sylinteri ja umpinainen pallo päästetään levosta samanaikaisesti vierimään alas kaltevaa tasoa. Kun kappaleet ovat kulkeneet saman matkan s, ne tötmäävät esteeseen. Kumpi törmää ensin? Laske nopeamman kappaleen käyttämä aika, kun tason kaltevuuskulma on .

5. a) Miksi suurjännitelaitteissa yleensä pyritään välttämään teräviä särmiä ja kärkiä? b) Miten ja minkä ilmiön vuoksi ilmaeristeisen kondensaattorin levyjen väliin asetettu eristekappale muuttaa kondensaattorin kapasitanssia?


6. Oheinen kuvio esittää vaihtovirtalähteeseen kytketyn laitteen läpi kulkevaa virtaa.
a) Kuinka suuri on jännitteen ja virran välinen vaihe-ero?
b) Mistä tämä vaihe-ero johtuu?
c) Laske laitteen kuluttama keskiteho.

7. Fuusio

8. Maahan upotetussa tasavirtakaapelissa kulkee 55 A virta suoraan koilliseen. Kompassilla, joka on tarkalleen kaapelin yläpuolella 1,4 m etäisyydellä kaapelista, määritetään suuntaa. Kuinka suuri virhe syntyy, kun kyseisessä kohdassa Maan magneettikentän vaakasuora komponentti 14 µT ja deklinaatio (eranto) 0°?

9. Natriumatomilla on täysien pääkuorien ulkopuolella yksi elektroni. Sitä voidaan näin ollen tarkastella yksielektronisena vedyn kaltaisena atomina. Kuvassa on esitetty yksinkertaistettuna osa natriumin energiatasokaaviota.
a) Natriumhöyryn atomeja pommitetaan purkausputkessa elektroneilla. Kuinka suuri täytyy elektronin energian vähintään olla, jotta se pystyisi ionisoimaan perustilassa olevan natriumatomin?
b) Mitä energioita voi esiintyä putkesta tulevassa säteilyssä, jos pommittavien elektronien maksimienergia on 3,3 eV?
c) Natriumille tunnusomaisen keltaisen valon aallonpituus on 589 nm. Minkä siirtymän tuloksena tämä säteily syntyy?
Piirrä kuvio, josta ilmenevät kohdissa a, b ja c tarkastellut siirtymät.

10. Luontokuvaajat käyttävät usein kasvi- tai hyönteiskuvauksissa ns. makro-objektiivia. Tavallisesti tällaista objektiivia käytetään siten, että ensin valitaan sopiva suurennussuhde ja sen jälkeen tarkennetaan kuva etsimessä kameraa siirtämällä.
a) Erästä makro-objektiivia käytettäessä filmille muodostuva kuva on samankokoinen kuin esine silloin, kun kohteen ja filmitason välinen etäisyys on 36 cm. Laske objektiivin polttoväli.
b) Objektiivia siirretään 50 mm lähemmäs filmitasoa ja tarkennetaan uudelleen. Mikä on tällöin suurennus?
Käsittele objektiivia ohuena linssinä.

11. Vanhan hissin liikettä tutkittiin jaksottimen avulla. Oheisessa taulukossa on esitetty jaksotinnauhasta laskettu hissin nopeus ajan funktiona, kun hissi on kulkenut yhden kerrosvälin. a) Piirrä hissin nopeuden kuvaaja. b) Määritä kuvaajan perusteella hissin keskikiihtyvyys niinä aikaväleinä, joina nopeus muuttuu. c) Arvioi kuvaajan perusteella kerroskorkeus.

t/s  v/ms-1     t/s  v/ms-1       ts   v/ms-1
0,1  0,12       1,5  0,89        4,3  0,77
0,2  0,23       1,6  1,01        4,4  0,64
0,3  0,30       1,7  1,02        4,5  0,53
0,4  0,41       1,8  1,01        4,6  0,51
0,5  0,51       1,9  1,02        4,7  0,51
0,6  0,50       2,0  1,02        4,8  0,52
0,7  0,52       - - - - -        4,9  0,52
0,8  0,51       2,5  1,02        5,0  0,51
0,9  0,50       3,0  1,02        5,1  0,52
1,0  0,51       3,5  1,01        5,2  0,35
1,1  0,51       4,0  1,02        5,3  0,18
1,2  0,50       - - - - -        5,4  0,02
1,3  0,61       4,1  1,02        5,5  0
1,4  0,74       4,2  0,90 

+12. Yleinen vetovoimalaki

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. Hiustenkuivaaja on tarkoitettu käytettäväksi 220 V jännitteeseellä., jolloin sen teho on 1200 W. Etelänmatkalla laite kytketään 110 V jännitteeseen. Miten tämä vaikuttaa laitteen toimintaan? Mikä on laitteen teho tällöin?

14. Esitä käytännön esimerkkejä liikemäärän ja liikemäärämomentin (pyörimismäärän) säilymisestä.

15. Mitä tarkoitetaan radioisotoopilla? Missä yhteyksissä ihminen voi joutua tekemisiin radioisotooppien kanssa?

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99