Fysiikan kysymykset - syksy 1997


YLIOPPILASTUTKINTO 17. 9. 1997 REAALIKOE

1. Luonnehdi lyhyesti seuraavien henkilöiden merkitystä fysiikan eri osa-alueiden kehittymisessä: Galileo Galilei, Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Albert Einstein, Marie Curie ja Niels Bohr.

2. Yläpäästään kiinnitettyyn kumilankaan ripustettiin punnuskuppi, jolloin langan pituudeksi mitattiin 175 mm. Kun kuppiin lisättiin punnuksia, langan pituus muuttui oheisen taulukon mukaisesti.

     massa/g      100    200    300    400    500
     pituus/mm    215    269    321    362    394

Tuloksista nähdään, että voima, jolla kumilanka vastustaa venytystä, on likimain verrannollinen langan pituuden muutokseen, ts. voima on likimain harmoninen. Määritä sopivaa graafista esitystä käyttäen kumilangan keskimääräinen jousivakio.

3. Ohessa on ydinvoimalan periaatekaavio. Selosta voimalan toiminta.

4. Kun muovikappale kelluu glykolissa, 18 % kappaleen tilavuudesta on nestepinnan yläpuolella. Sama kappale upotetaan etanoliin ja päästetään levosta liikkeelle.
a) Kuinka suuri ja minkä suuntainen kappaleen kiihtyvyys on liikkeen alkaessa?
b) Miten ja minkä vuoksi kiihtyvyys muuttuu liikkeen aikana?

5. Selosta lyhyesti, a) miksi posliinimukin pohjalla reunan takana näkymättömissä oleva kolikko voi tulla näkyviin, kun mukiin kaadetaan vettä,
b) miksi järven pinnan häikäisevät heijastukset oleellisesti himmenevät sopivanlaisia aurinkolaseja käytettäessä,
c) miksi valkoinen väri hajaantuu prismassa väreihin.

6.
Lapsi, jonka massa on 25 kg, riippuu ovenkahvoista siten, että hänen painopisteensä jää 10 cm oven reunan ulkopuolelle (ks. kuva). Määritä oven saranoita kuormittavat voimat. Saranat sijaitsevat 30 cm:n etäisyydellä oven ylä- ja alareunasta, ja ne on asennettu siten, että alasarana kantaa kaiken pystykuorman. Tasapaksusta levystä valmistetun oven massa on 32 kg ja mitat 2,00 m x 0,80 m.

7. a) Määrittele sähköinen potentiaali ja jännite.
b) Perinteisessä elektrokardiografiassa (EKG) asetetaan elektrodit potilaan molempiin käsivarsiin ja toiseen jalkaan. Eräällä potilaalla mitattiin signaalina I vasemman käden jännite oikeaan käteen nähden ja signaalina II jalan jännite oikeaan käteen nähden (kuva). Hahmottele aikavälillä 0...0,6 s signaali III, jalan jännite vasempaan käteen nähden.

8. Kondensaattori, jonka kapasitanssi on 0,45 F, ja käämi, jonka induktanssi on 120 mH ja resistanssi hyvin pieni, on kytketty oheisen kaavion mukaisesti. Kondensaattori on ladattu 110 V:n jännitteeseen. Kytkin K suljetaan.
a) Selitä, mitä piirissä tapahtuu sulkemisen jälkeen. Kiinnitä erityistä huomiota piirin energiamuotojen vaihteluun.
b) Laske käämin läpi kulkevan virran arvo.
c) Esitä graafisesti virta ajan funktiona.

9. Maapallon ilmakehässä ja maaperässä esiintyy ns. luonnon radioaktiivisuutta eli radioisotooppeja, jotka eivät ole ihmisen tuottamia. Mistä ne ovat peräisin? Mitä haittaa niistä on? Voidaanko niitä käyttää hyödyksi?

10. Nopeudella 40 km/h liikkuva henkilöauto (massa 1100 kg) törmää suoraan samalla nopeudella vastaan tulevaan kuorma-autoon (massa 15000 kg).
a) Mihin suuntaan ja millä nopeudella yhteen takertuneet autot liikkuvat heti törmäyksen jälkeen?
b) Kuinka suuren voiman (keskimäärin) turvavyö ja turvatyyny kohdistavat henkilöauton kuljettajaan, jonka massa on 75 kg, jos törmäys kestää 95 ms?

11. Käytettävissä on lasista kapillaariputkea, jonka sisähalkaisija on 0,60 mm. Kuinka suuri lasisäiliö on liitettävä kapillaariputken alapäähän, jos halutaan valmistaa etanolilämpömittari, jossa 1 °C:n lämpötilan muutos nostaa nestepintaa 5,0 mm?

12. Vesijohtoveden sähkönjohtavuutta mitattiin lasiputkella, jonka pituus oli 0,100 m ja sisähalkaisija 8,0 mm. Putki täytettiin tutkittavalla vedellä, ja sen päissä olevien elektrodien välille kytkettiin 24 V:n vaihtojännite. Tällöin mitattiin putken läpi kulkevaksi virraksi 0,30 mA. Kuinka suuri oli veden resistiivisyys? Minkä vuoksi veden resistiivisyyden mittauksessa on käytettävä vaihtovirtaa?

13. Kaksi äänirautaa asetettiin tietokoneeseen liitetyn mikrofonin läheisyyteen. Kun molemmat ääniraudat lyötiin soimaan samanaikaisesti, saatiin tietokoneen kuvaruudulle oheinen kuvaaja.
a) Selitä ilmiö, joka aiheuttaa kuvaajan mukaisen äänenvoimakkuuden vaihtelun.
b) Määritä kummankin ääniraudan taajuus.

14.
Puolipallon huipulla oleva pieni kappale lähtee levosta liukumaan pallon liukasta pintaa pitkin (kuvio). Pallon säde 0n 240 mm. Piirrä periaatekuvio, josta ilmenevät kappaleeseen vaikuttavat voimat, kun se on liukunut jonkin matkaa lähtökohdastaan. Millä korkeudella puolipallon pohjatasosta mitattuna kappale irtoaa pallon pinnasta?

15. Suunnittele koejärjestely, jolla voit määrittää polkupyörän kumirenkaattoman pyörän hitausmomentin.

+16. a) Tee selkoa sähkömagneettisen säteilyn ja hiukkassäteilyn dualistisesta luonteesta.
b) Millä tavoin hiukkassäteilyn aaltoluonnetta käytetään hyväksi aineen rakennetta tutkittaessa?

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99