Fysiikan kysymykset - syksy 1992


YLIOPPILASTUTKINTO 16.9.1992 REAALIKOE

1. Perustele, mitkä seuraavista väitteistä ovat oikein ja mitkä väärin:
a) Henkilöauton ja kuorma-auton nokkakolarissa henkilöautoon kohdistuva voima on suurempi kuin kuorma-autoon kohdistuva voima.
b) Kun kappale liikkuu tasaisella nopeudella ympyrärataa pitkin, kappaleeseen kohdistuvien voimien summa on nollasta eroava.
c) Lastaussiltaa pitkin liukuva laatikko on hidastuvassa liikkeessä, mikäli siihen vaikuttavat voimat ovat kuvion mukaiset.


2. Joulen kokeessa putoava punnus pyörittää kalometrissä veteen upotettua siipiratasta, jolloin siipien ja veden völinen kitka aiheuttaa veden lämpötilan kohoamisen. Eräässä mittauksessa kalorimetrissä oli 0,328 kg vettä. 3,00 kg punnuksen annettiin pudota levosta lähtien 1,65 m matka, jolloin sen loppunopeudeksi mitattiin 1,50 m/s. Kun pudotus suoritettiin 25 kertaa, veden lämpötila nousi 0,78 °C. Mikä on tämän mittauksen perusteella veden ominaislämpökapasiteetti? Vertaa tulosta taulukkoarvoon ja pohdi, miksi arvot poikkeavat toisistaan.

3. a) Mihin äänen fysikaalisiin ominaisuuksiin liittyvät kuultavan äänen voimakkuus ja korkeus?
b) Koiran haukun intensiteetti 10 m etäisyydellä koirasta on noin 8·10-7 W/m2. Kuinka kauas haukku kuuluu avoimessa maastossa, kun heikoin ihmiskorvan aistima äänen intensiteetti on 1·10-12 W/m2. Äänen vaimenemista, joka johtuu ilmassa tapahtuvasta absorptiosta, ei oteta huomioon.

4. Vauhtipyörä, jonka säde on 0,25 m ja hitausmomentti 2,1 kgm2, pyörii kulmanopeudella 105 1/s.
a) Kuinka suuri on pyörään varastoitunut mekaaninen energia?
b) Kun pyörää jarrutetaan painamalla jarrukappaletta 110 N voimalla ulkokehää vasten, pyörä pysähtyy tasaisesti hidastuen ajassa 29 s. Määritä jarrukappaleen ja pyörän välinen kitkakerroin. Laakerikitka voidaan olettaa merkityksettömäksi.

5. Oheisen kuvion mukaisessa kytkennässä kondensaattorien kapasitanssit ovat C1 = 0,20 µF ja C 2 = 0,45 µF. Kun kytkin K on auki, pisteen A potentiaali on +10 V ja pisteen B potentiaali +24 V.
a) Mikä on pisteiden A ja B välinen jännite 1) kun K on auki ja 2) sen jälkeen kun K on suljettu?
b) Mikä on pisteen A potentiaali kytkimen K sulkemisen jälkeen?
c) Kuinka suuri on tällöin kondensaattorin 1 varaus?

6. Pyörrevirrat

7. Cesium-valokennon fotokatodille osuu monokromaattista valoa, jonka aallonpituus on 365 nm ja intensiteetti 6,0 µW/m2. Mikä on katodilta irtoavien elektronien liike-energia? Elektronin irrotustyö cesiumista on 1,9 eV. Selosta, miten elektronien liike-energia muuttuu, kun 1) valon aallonpituus kaksinkertaistetaan ja 2) valon intensiteetti kaksinkertaistetaan.

8. Pienoiskiväärin luoti ammutaan vaakasuorasti 1,2 m korkean pylvään päällä olevaan puukappaleeseen. Kappale ja siihen jäänyt luoti lentävät 1,5 m etäisyydelle pylväästä (ks. kuvio). Luodin massa on 2,69 g ja puukappaleen 305 g.
a) Mikä on luodin nopeus törmäyshetkellä?
b) Kuinka monta prosenttia alkuperäisestä liike-energiasta muuttuu törmäyksessä muuhun muotoon?

9. a) Radiohiiliajoituksen periaate.
b) Arkeologisesta löydöstä otetun 1,0 g massaisen hiilinäytteen aktiivisuudeksi mitataan (7500 ± 90) 1/d (hajoamista/vrk). Laske näytteen ikä virherajoineen, kun tuoreesta puusta saadun 1,0 g hiilinäytteen keskimääräinen aktiivisuus on 20200 1/d. Radiohiilen puoliintumisaika on 5730 a.

10. Kupera linssi muodostaa pääakselilla olevasta esineestä todellisen kuvan 85,0 cm etäisyydelle esineestä. Kun linssi ja kuvan väliin, 65,0 cm päähän esineestä, asetetaan kovera linssi, kuva siirtyy 140,0 cm etäisyydelle esineestä. Esitä piirtämällä kuvan muodostuminen koverassa linssissä. Mikä on koveran linssin polttoväli?

11. Erään metallin resistiivisyyden lämpötilariippuvuutta tutkittiin lämmittämällä ohuesta langasta valmistettua kelaa parafiiniöljyhauteessa ja mittaamalla samanaikaisesti vastusmittarilla kelan resistanssia. Koe antoi seuraavan tuloksen:

t/°C   21,8   39,0   51,8   66,3   80,1   93,2
R/    17,5   18,6   19,6   20,7   21,7   22,5
Määritä graafista esitystä hyväksi käyttäen tämän metallin resistiivisyyden lämpötilakerroin.

+12. Valon luonne. Millä perusteella käsitys valon luonteesta on muotoutunut?

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. Mekaniikassa kappaleen liike hallitaan Newtonin kolmen lain avulla. Mitkä nämä mekaniikan peruslait ovat? Käytännön esimerkkejä.

14. Miten energia muuttuu muodosta toiseen vesi-, kivihiili- ja ydinvoimalassa?

15. Laserin lähettämän valon teho on 1,0 mW ja aallonpituus 630 nm. a) Laske yhden valokvantin energia. b) Kuinka monta kvanttia laserista lähtee sekunnissa?

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99