F Y S I I K K A KERTAUSTEHTÄVIÄ 1-20

Transkriptio

1 F Y S I I K K A KERTAUSTEHTÄVIÄ - 0 Oalla eieyiä kyyykiä vaauke ova huoaavai pidepiä kuin iä eierkiki kokeea vaaukela vaadiaan. Kokeea on oaava vain olennainen aia per ehävä.

2 . Muua SI järjeelän ykiköihin a. 380 k / h eriä ekunnia V: 380 k / h 3,6 05,6 / c. 0 graania graaa V: 0 graania 0,06845 b. 3d 3h ekunia 7,44 graaa (k. SI aeriaali) V: 60 ec 60 in 4 h 3 d + 60 ec 60 in 3 h ekunia d dl 3 V: 9600 dl 960 l 960 d d 3,96 3. Kulaiella leikkaukella arkoieaan janan jakoa kaheen oaan niin, eä koko janan uhde uurepaan oaan on yhäuuri kuin uurean oan uhde pienepään. a + b a + a b a b Kuinka pikä on jana, jo a on 8 c pikä? + a 8 c V: a b b 7,3 c 7,3 c + 8 c 45,3 c Newonin voia anaa kappaleelle kiihyvyyden 3,6 /. a. kuinka uuri on kappaleen aa? F 480 N V: F a 33,3 kg a 3,6 b. kuinka uuren kiihyvyyden anaa 0 Newonin voia kappaleelle, jonka aa on,4 kg? F 0 N V: F a a 50,4 kg 4. Muokkaa lauekkeia ien, eä ainoaki uneaoaki jää anneu uure. a. kiihyvyy V: aka a a aika kiihyvyy a a b. uuuja b + V: a b b a +

3 c. iei, ikä on poeniaalien ja kineeien energian ero? V: Poeniaalienergia kuvaa energiaa, joa kappaleella on aeana uheen. Poeniaalienergiaa puhuaan, jo kappaleeeen vaikuaa painovoia ai ei. jouivoia ja on ehy yöä iirreäeä kappale nykyieen paikkaan. Tällöin kappaleen iiräieä ehy yö on uununu ja ikään kuin varaoiunu poeniaalienergiaki. Eierkiki kun laukku noeaan pöydälle, energian äilyilain ukaiei laukulle anneu kineeinen energia uuuu laukun poeniaalienergiaki, joka aa uuuu akaiin kineeieki- eli liike-energiaki kun laukku puoaa pöydälä. Kappaleen poeniaalienergiaa arkaelaea on aina oviava apaukohainen ao, joa poeniaalienergia on nolla (ei. laia). Poeniaalienergian unnu on E p. Poeniaalienergia voidaan lakea kaavalla: joa: E p kappaleen poeniaalienergia Gvoia, joka arviaan kappaleen noaieki hnookorkeu kappaleen aa gpuoaikiihyvyy (Maaa noin 9,8 / ) Eierkiki jo 3,5kg laukku noeaan 0,8 erin korkeudelle, kappaleen poeniaalinergiaki uodouu: E p gh 3,5 kg 9,8 / 0,80 7 N 7 J Kappaleella (laukulla) on ny poeniaalienergiaa 7 J V: Liike-energia eli kineeinen energia on kappaleen liikkeeeen varaoiunua energiaa. Kappalea kiihdyeäeä en kiihdyäieen käyey energia varaoiuu kappaleen liikeenergiaki. Klaien fyiikan ukaan levoa liikkeelle lähevän kappaleen liike-energia voidaan lakea kaavaa: Kappaleen uheelliuueoreeiea liike-energian lakeiea huoioidaan kappaleen aan kavu ulkopuolien arkkailijan näkökulaa nopeuden kavaea ja kappaleen liikeenergia voidaan lakea kaavaa:, iä E k on kappaleen liike-energia on kappaleen lepoaa v on kappaleen nopeu c on valon nopeu Paljon valon nopeua pieneillä nopeukilla kuakin kaava anava lähe aoja ulokia ja en akia klaien ekaniikan kaava on riiävän arkka uuripaan oaan lakuia

4 5. On perjanai-ilapäivä ja inulla on jo kiire koiin. Liiy uun liikeneen ekaan eriaorieyken ajoluikala. Joudu kiihdyäään 8 ekunnin ajan kiihyvyydellä /. a. Kuinka pikän akan joudu kiihdyäään, jo alkunopeuei oli 40 k / h ja loppunopeuei on 60 k / h? V: Merkiään enin kaikki iedo, joka unnee a / 8 v 40 k / h ja v 60 k / h oleeaan, eä auon aa on 90 kg lakeaan uuunu nopeu: Δv v v 60 k / h 40 k / h 6,7 /, / 5,567 /, joa aadaan aka v 5,567 / 8 44,4 b. Kiihdyä nopeueen 80 k / h Kuinka kauan kiihdyä? V: aadaan kaavalla: a v Δv v v a a v v v 80 k 40 k,, h h a 0,95 Kuinka pikän akan joudu kiihdyäään? V: lakeaan uuunu nopeu: Δv v v 80 k / h 40 k / h, /, /, /, joa aadaan aka v, / 0,95 0,7 Huoaa, eä noraaleia auoia ei ole ällaia / kiihyvyyä!! 6. Mikä on aau ulo ja kuinka ona erkievää nueroa on ulokea? Eli anna ulo järkevällä arkkuudella. a. 5, ,7 +,345 V: 9, ,89 b. ( 0,003 * 03,8 ) / 0, k V: 0, ,003 3 c. 6,54 kg 0,78 kg + 0,003 kg V: 5,765 kg 5,77 kg 7. Ole iannu euraava uloke: A400, B35 ja C678. Joudu aaduia ulokia lakeaan X:n kaavalla A X C B Miarin virhe on ±, %, joka inun yö äyyy oaa huoioon. a. ikä on iauuloken akii arvo? Enä inii arvo? V: A 400 +, % 404,8 -, % 395, B 35 +, % 38,78 -, % 3, C 678 +, % 686,36 -, % 669,864 A akii 404,8 MAX.: X Cakii 686,36 89,449 B inii 3, A inii 395, MIN.: X Cinii 669, ,448 B akii 38,78

5 b. kuinka paljon on iaria virheä? Anna ulo euraavai: A 400 V: X C X ,95 B 35 MAX.: 89, ,95 3,497 MIN.: 860,95 830,448 30,504 TULOS: 3,5 30,5 8. Seliä euraava uuree a. Newon X ± 86±, eli iauulo vaihelee välillä 830,5 89,5 akii virhe inii virhe V: Newon (unnu N) on SI-järjeelää ykikkö voialle, joka arviaan aan kiihdyäieen. Se on niey Iaac Newonin ukaan. Maapallo veää painovoiallaan puoleena aanpinnalla olevaa 0-graaia kappalea noin yhden newonin voialla. b. Pacal V: Pacal (unnu Pa) on paine, jonka newonin voia aiheuaa kohdiueaan neliöerin pina-alalle. Pacal on SI-järjeelän paineen ykikkö. Pacal ykikkö on niey Blaie Pacalin ukaan Pa bar, Pa N / ² c. Ohi V: Ohi (unnu Ω) on ähköinen vau, johon aiheuuu volin jänniehäviö apeerin virralla. Ohi on SI-järjeelää reianin, reakanin ja ipedanin ykikkö. Ohin kääneiykikkö on ieen. Ω V / A 9. Fyiikaa erkiään eri kirjainunnukilla joain ieyä uurea. Kerro iä euraava uuree ova. a. F Voia [N] b. aa [kg] c. a kiihyvyy [ / ² ] d. aika [] e. E Energia [J N] f. P Teho [W] g. W Voia [ J / ] h. h korkeu [] i. c valonnopeu / j. v nopeu [ / ] 0. Joudu ilaneeeen, joa näe henkilöauon ja kuora-auon öräävän oiiina. Arvioi, eä kuora-auon nopeu oli 35 k / h. Henkilöauon aa on 90 kg ja kuora-auon aa on 4000 kg. a. ikä oli henkilöauon nopeu, jo kupikin auo pyähyi öräykeä? (vihje: käyä kineeien energian kaavaa) V: ka ka ka E k E k v ka v ka v v v ka v ka v 36 k / h b. kuinka pikän akan kuora-auo jouuii jarruaaan liukkaalla jäällä, jo kikakerroin on 0,03? V: E v E μ v g μ 60 g μ k

6 . Puolijohee a. Miä arkoieaan analla puolijohde? V: Puolijohde on aine, joka oiii aalia läpöiloia erieenä, ua joka huoneenläöä oiii erinoaiei joheena. Puolijoheen ja erieen välinen ero ei ole kovin elvä. Eierkiki pii on puolijohde b. Miä ova puolijoheea P ja N? V: Puolijoheiden oinaiuukia voidaan uuaa helpoi liääällä aineeeen epäpuhaukia pieninä äärinä. Nää epäpuhaude liäävä joko elekronien ai aukkojen äärää. V: N-yyppiiä puolijoheia aadaan liääällä rakeneeeen aoeja (ei. A), joilla on eneän valenielkroneja kuin iänäaoeilla (ei. Si). Tällöin yliääräie elekroni voiva johaa ähköä. V: P-yyppinen puolijohde aadaan liääällä rakeneeeen aoeja (ei. B), jolla on väheän valenielekroneja kuin iänäaoeilla (ei. Si). Tällöin uodouva poiiivie auko oiiva varauken iiräjinä c. Mainie uuaa puolijohdekoponeni? V: diodi, raniori, ikropiiri. Elekroniikka a. Seliä euraava koponeni: kondenaaori, vau ja kela? V: Kondenaaori on laie, joka varaoi energiaa ähkökenään uodoaalla ähkövaraukien epäaapainon laieen iälle. Kondenaaori pyrkii vauaaan jännieen uuuia navoiaan johaalla lävieen jännieen uuuinopeua vaaavan virran. V: Vau (yö reiori) on elekroniikaa koponeni, joka vauaa aa- ja vaihovirran kulkua. Vaukoponenin ähkövau eli reiani iaaan oheia. Tarkkuu, jolla e ouu äärielyyn ohilukuun ilaiaan oleranilukuna. V: Kela eli kääi on ähköinen piirielin, joka varaoi energiaa agneeikenäänä ja pyrkii vauaaan lävieen kulkevan virran uuokia ynnyäällä napoihina virran uuuinopeua vaaavan jännieen. b. Mikä on Ohin laki? V: Ohin laki, akalaien Georg Sion Ohin 86 eiää ähköopin laki, jonka ukaan johiea kulkeva ähkövira I on uoraan verrannollinen johien päiden välieen jännieeeen U. Yleiein Ohin laki kirjoieaan kuienkin uooon U R I c. Kerro inkälainen koponeni on ulake? V: Sulake (varoke) on elekroniikaa ja ähköekniikaa käyey koponeni, jolla pyriään uojaaaan ähkölaieen ähköiiä oia ylikuoriu- ai vikailaneia. Liäki ulakkeilla uojaaan ähköjohoja liialliela kuoriukela (ulipalon vaara). Perineinen ulake on keraaiea ai laiea koeloa oleva pienivaukinen lanka, joka on ioieu niin, eä e keää lävieen kulkevaa viraa, ua jo ulakkeen niellivira ylieään, vaulanka alkaa läeä huoaavai ja palaa poikki, jolloin virapiiri kakeaa. Toiinnan hidaaieki ulake voi olla yö äyey eierkiki hiekalla

7 3. Sähkö a. Kuinka uuren kuoriuken keää 6 A ulake? V: 6 Apeerin ulakkeia käyeään yleiei 30 V jännieeä. Näin ollen P U I, eli P 30V 6A 3680W b. Kuinka uuri on vau, jo jännie U on 80 V ja vira I on 0,8 A? V: vaau aadaa kaavaa U R I R U / I, eli 80V 0,8A 5 Ω c. Miä arkoiaa vaihovira? V: Vaihovira on ähköviraa, jonka jännie nollakohaana verrauna vaihuu napaiuudelaan jakuvai ajan kuluea 4. Aaloliike a. Millä yheiellä niellä kuuaan näkyvää valoa, radioaaloja ja ikroaaloja? V: Sähköagneeinen äeily b. Miä ääniaalo on? V: väliaineea apahuvaa jakollia värähelyä c. Onko oleaa uunlaia aaloliikeä kuin a ja b kohdaa ainiu? V: kyllä, erilaien aeriaalien aaloliike, kuen veden aaloliike d. Merkie kuvaan 4d yhden () aallon piuu eli jako. V: kuva 4d 5. Mikä on aajuu euraavia apaukia? a. Näkyvän valon kekiininen, aallonpiuu on noin 460n? c c k V: käyeään kaavaa λ f f f λ 460 n 460 n Hz 65. THz b. Mikroaallon, kekiaallonpiuu on noin 5? V: 60 GHz c. Röngenaallon, kekiaallonpiuu on noin 0,5 n? V: 600 PHz 6. Näkyvän valon aallonpiuu on 380 n 740 n. (n nanoeri) a. Miä päävärejä ihinen näkee näkyvää valoa? Mainie ainakin neljä (4). V: punainen, orani, kelainen, vihreä, yaani, ininen ja violei b. Miä oinaiuukia voidan näkyvää valoa iaa? V: Kirkkau, väri ai väriläpöila, luinani ai valaiu [luki], valovira [luen], valon inenieei [candela] c. Miä värejä ekoiaalla aa yaania? Enä agenaa? V: Syaani on aio pekrinen väri, ua aa väriävy aadaan ekoiaalla yhä uuri äärä vihreää ja vaaleniniä. Likiääräinen eierkki yaania RGB-väriallia on nuero [87, 9, 4] kaalalla V: Violei on väri. Violei on inien ja punaien ekoiu. Violeia kuuaan yö niellä lila. Magena ja purppura ova lähellä violeia olevia inipunaiia värejä. Eierkki agenaa RGB-väriallia on nuero [55, 0, 55] kaalalla 0-55.

8 7. Radioaallo ova kaikkein piipiä aaloja. a. Miä radioaaloja käyeään? V: radio, eleviio, akapuhelin b. Voiko radioaalloia olla ihielle iaa? Jo voi, niin ien? V: ei voi olla, aajuu on aivan liian pieni. Energia ei riiä eierkiki olun rakeneen uokkaaieen c. Kuinka radioaaloja voi vaienaa? V: hyvä vaiennukeino on käyää n. Faradayn -häkkiä 8. Mikroaallo ova infrapuna-aaloa piepiä, ua radioaaloa lyhyepiä. a. Miä käyökoheia ikroaalloilla on? V: ikroaalouuni, uka, ikroaalolinki b. Miä ioja voi ikroaalloilla olla? V: ikroaallo ova uurenergiepia kuin radioaallo. Veeen ikroaalloilla on aivan poikkeukellinen vaikuu, vei aborboi ikroaaloäeilyn energiaa ja näin ollen läpiää c. Mikä on ikroaallon aallonpiuualue? V: aallonpiuu ulouu noin 00 illieriä (3 GHz) yheen illieriin (300 GHz) 9. (Infrapuna) IR äeilyn aallonpiuu on piepi kuin näkyvän valon aallonpiuu. a. Miä infrapuna äeilyä käyeään? V: CD oiiea, cd/dvd aea, kaukoääie, läpökaera (kadonnee ihie, oilaallie ähäie, aalineinälaiee, läpövuodo) b. Aiiiko ihinen infrapunaäeilyä? Jo aiii, niin ien? V: ihinen aiii infrapunaäeilyn läpönä ihollaan c. Miä ioja voi voiakkaaa infrapunaäeilyä olla? V: polava vaikuu, ai kapeana keilana ilään oueaan ilävaurio 0. (Ulraviolei) UV äeilyn aajuu on uuri, eli aallonpiuu on lyhy. a. Mihin koleen (3) luokkaan UV äeily jaeaa? V: UVA, UVB, UVC Muiako niiden aallonpiuude? V: UVA-äeily, aallonpiuu n UVB-äeily, aallonpiuu n UVC-äeily, aallonpiuu 80 0 n b. Mikä ai ikä näiä eri luokia aborboiuu aan ilakehää? V: UVB ja UVC, vain % läpäiee ilakehän Muiako ilakehän kerroken nien? V: ropofääri, kerro joa ooni uojaa aapalloa c. Mikä ai ikä näiä eri luokia on/ova ihielle vaaralliia? V: UVC on kaikkein vaaralliin, oiaala iä arviaan D viaiinin uoaieen UVB on oieki vaaralliin, e joaa DNA:a Mihin niiden vaaralliuu peruuu? V: UVC ja UVB -äeily on vaarallia, koka niillä on UV -äeilyalueea lyhiä aallonpiuude ja ien uurin foonin energia

9 Tarviava kaava ehäviin 0: c λ eli f aallonpiu u valonnopeu aajuu P U I eli Teho [W] Jännie [V] Vira [A] U R I eli Jännie [U] Reiani [Ω] Vira [A] Kineeinen energia: Poeniaalinen energia: E k v E p g h Kikaenergia: E μ g μ g voia: F a aka: v Δv kiihyvyy: Δv a Tarviava vakio ehäviin 0: c / k / Tehäviin 0 liiyvä kuva: Kuva 4d