Kertauskysymyksiä. KPL1 Suureita ja mittauksia. KPL2 Vuorovaikutus ja voima. Avain Fysiikka KPL 1-4

Transkriptio

1 Kertauskysymyksiä KPL1 Suureita ja mittauksia 1. Suure on kappaleen ominaisuus, joka voidaan jollain tavalla mitata 2. Mittayksiköksi, tai lyhyemmin yksiköksi 3. Si-järjestelmä on kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä 4. SI-järjestelmä helpottaa kansainvälistä yhteistyötä kun suureet mitataan samoissa yksiköissä ja kaikki tietävät mistä on puhe 5. Pituus, massa, aika, sähkövirta, lämpötila, ainemäärä ja valovoima 6. Näin voidaan helpommin käsitellä suuria ja pieniä lukuja kun ei tarvitse kirjoittaa lukuja esim muodossa 0, m. 7. a2, b4, c1, d5, e6, f3 8. a) 10 C =283K b) 30 C =303K c) -15 C=258K 9. a) 274 K=1 C b) 350K=77 C c) 0K=-273 C KPL2 Vuorovaikutus ja voima 1. Vuorovaikutus voi muuttaa kappaleen liikettä, sen suuntaa ja nopeutta. Vuorovaikutus voi muuttaa myös kappaleen muotoa. 2. Kosketusvuorovaikutus, etävuorovaikutus, jatkuva vuorovaikutus, hetkellinen vuorovaikutus 3. a) Esimerkeiksi kosketusvuorovaikutuksesta sopivat kaikki tilanteet, joissa kappaleet koskettavat toisiaan: toisiinsa törmäävät biljardipallot törmäyshetkellä, tuolilla istuva henkilö on kosketusvuorovaikutuksessa istuimen ja selkänojan kanssa, Trampoliini + pomppiva lapsi, maila+pallo b) Esimerkiksi putoavan pallon ja Maan välillä on etävuorovaikutus, lyhyen etäisyyden päässä toisistaan olevien magneettien tai sähköisesti varattujen sauvojen välillä on etävuorovaikutus. 4. Voiman tunnus on F ja yksikkö 1N (newton) 5. Tukivoima, reaktiovoima, kitkavoima, painovoima Maan vetovoima vetää kappaleita puoleensa. 7. Maan vetovoima vetää Kuuta puoleensa. Kuu ei kuitenkaan tipu kohti maata, vaan joutuu ympyräliikkeeseen 8. Pinnan kappaleeseen kohdistama tukivoima. 9. Kappaleen painolla tarkoitetaan voimaa, jolla Maa vetää kappaletta puoleensa. Paino (tai painovoima) riippuu kappaleen sijainnista esim. Kuussa paino pienempi kuin Maassa. Paino on siis voima ja sen yksikkö on newton. Kappaleen massa on kappaleen ominaisuus, joka on kaikkialla sama eikä siis riipu kappaleen sijainnista. Massan yksikkö on kg. Kappaleen massasta johtuen, suuremman massan omaavat kappaleet kuitenkin lähtevät hitaammin liikkeelle, myös avaruudessa. Tätä ominaisuutta kutsutaan myös hitaudeksi. 10. Maassa kappaleen liikettä hidastaa kitkavoima, avaruudessa kappaleeseen ei vaikuta mitään voimia, jolloin se jatkaa liikettä tasaisella nopeudella

2 11. Koska Maan vetovoima on suurempi kuin Kuun, kappale putoaa Maassa nopeampaa kuin Kuussa. Sekä Maassa, että Kuussa kappale joutuu kiihtyvään liikkeeseen, sillä molemmissa kappaleeseen kohdistuu vetovoima kohti pintaa. 12. Kappaleeseen vaikuttaa painovoima alaspäin ja samansuuruinen pinnan tukivoima ylöspäin. Näin ollen voimat kumoavat toisensa, eikä kappale liiku. 13. Jos kitkaa ei olisi, olisi käveleminen hankalaa (vertaa: jäällä on hankalampi kävellä kuin hiekkatiellä, jossa kitka on suurempi). Talvella ajaminen on helpompaa tiellä joka on hiekotettu suuremman kitkan takia. Kitka hidastaa kappaleiden liikettä ja kuluttaa pintoja. 14. Esitä voimanuolten avulla voimat, jotka vaikuttavat a. pöydällä olevaan omenaan b. pöydällä liukuvaan kirjaan c. putoavaan höyheneen liukukitka = kitka

3 15. a. Taitoluistelijaan ja maalivahtiin vaikuttaa saman suuruiset, mutta eri suuntaiset voimat (voiman ja vastavoiman laki) b. Koska taitoluistelijan massa on pienempi, on myös taitoluistelijalla pienempi hitaus. Suurikokoinen maalivahti, jolla on suurempi hitaus, lähtee hitaammin liikkeelle kuin kevyt luistelija. 16. Mitkä seuraavista väittämistä ovat oikein (O) ja mitkä väärin (V)? Korjaa väärät väitteet. a. Väärin. Maan ja Kuun välinen vuorovaikutus on esimerkki etävuorovaikutuksesta. b. Väärin. Gravitaatiovuorovaikutusta esiintyy kaikkien kappaleiden välillä. c. Väärin. Voiman yksikkö on newton, N. d. Oikein e. Oikein f. Väärin. Kun ihmisen massa on 65 kg, hänen painonsa Maassa on 650 N. g. Oikein h. Väärin. Lepokitkan maksimiarvo on suurempi kuin liukukitka. i. Väärin. Kappale on helpompi pitää liikkeessä kuin saada liikkeelle. 17. Täydennä taulukko Kappaleen massa, m Kappaleen paino, G 57 kg 570N 3,4kg 34 N 150 g 1,5N

4 KPL3. Liike 20g 0,2 N 1. Tasaisessa liikkeessä kappaleen nopeus ei muutu 2. Nopeuden tunnus on v ja yksikkö m/s tai km/h. 3. Kappale etenee jokaisen sekunnin aikana 5m eteenpäin. Eli 1s jälkeen kappale on kulkenut lähtöpaikasta 5m, 2s jälkeen kappale on 10m päässä, 3s jälkeen kappale on 15m päässä Kuvaaja on suora viiva. 5. Kun suora nousee jyrkemmin, on nopeus suurempi. Kappale etenee tällöin samassa ajassa pidemmän matkan. Esim. kuvassa 2s aikana mopo on edennyt 30m, polkypyörä 20m ja jalankulkija alle 10m. Miten nopeus saadaan laskettua? 6. Autolla on suurempi massa eli suurempi hitaus, jolloin törmäyksessä auto ei käytännössä liiku ollenkaan ja vaikka kohdistuvat voimat ovatkin yhtä suuret, ei vaikutukset autoon ole läheskään yhtä traagiset, mitä hyttyseen. 7. Kappaleen hitaus kuvaa sitä, kuinka helppo kappaleen liikettä on muuttaa. Suurempi hitaus -> vaikeampi saada liikkeelle tai pysäyttää. Suurempi massaisilla kappaleilla on suurempi hitaus. 8. Newtonin ensimmäinen laki (jatkavuuden laki): Jos kappaleeseen ei vaikuta mitään ulkoista voimaa, kappale jatkaa tasaista, suoraviivaista liikettä tai pysyy levossa. Esim. avaruudessa liikkeelle työnnetty pallo jatkaa kulkuaan tasaisella nopeudella. Pöydällä oleva kappale ei liiku, sillä siihen vaikuttavat voimat (painovoima ja pinnan tukivoima) kumoavat toisensa. Kun auto jarruttaa, nytkähdät eteenpäin, sillä pyrit jatkamaan liikettäsi, samasta syystä kolarissa tavarat pyrkivät jatkamaan liikettä eteenpäin kohti kuljettajaa. Newtonin toinen laki (dynamiikan peruslaki): Jos kappaleeseen vaikuttaa voima F, kappale saa kiihtyvyyden a, siten että F=ma Esim: Putoaviin kappaleisiin vaikuttaa painovoima. Näin ollen putoavat kappaleet ovat kiihtyvässä liikkeessä. Jos polkupyörällä haluaa kiihdyttää, on poljettava kovempaa, eli käytettävä lisättävä eteenpäin viemää voimaa.

5 Newtonin kolmas laki (voiman ja vastavoiman laki): Kaksi vuorovaikutuksessa olevaa kappaletta kohdistavat toisiinsa saman suuruiset, mutta vastakkaissuuntaiset voimat Esim: Voimalla on aina vastavoima. Kun työnnät laatikkoa, kohdistat laatikkoon yhtä suuren voiman kuin mitä laatikko kohdistaa käteesi. Törmäyksessä kappaleet kohdistavat toisiinsa saman suuruisen voiman (hyttynen-auton ikkuna). 9. Jos kappaleeseen ei vaikuta voimia tai voimat kumoavat toisensa, kappale pysyy paikoillaan tai jatkaa matkaa tasaisella nopeudella. Esim. avaruudessa kappale jää leijumaan paikoilleen tai jatkaa matkaa ikuisesti eteenpäin. 10. Jos kappaleeseen vaikuttaa jokin voima, kappaleen liike on kiihtyvää. Esim putoaviin kappaleisiin vaikuttaa painovoima, jolloin putoavien kappaleiden liike on kiihtyvää. 11. Tasaisesti kiihtyvää. 12. Kiihtyvässä liikkeessä kappaleen nopeus muuttuu. 13. Kiihtyvyyden tunnus on a (putoamiskiihtyvyyden g) ja yksikkö m/s Kappaleen nopeus kasvaa jokaisen sekunnin aikana 2 m/s. Eli yhden sekunnin jälkeen kappaleen nopeus on 2m/s, kahden sekunnin jälkeen 4m/s, kolmen sekunnin jälkeen 6m/s 15. Kappaleilla on sama kiihtyvyys, putoamiskiihtyvyys, joka aiheutuu kappaleeseen vaikuttavasta painovoimasta. 16. Ilmanvastus hidastaa kappaleen liikettä, eli pienentää kappaleen nopeutta. 17. Putoamiskiihtyvyydessä tarkoitetaan putoavien kappaleiden saamaa kiihtyvyyttä. Sen suuruus Maassa on noin 10m/s Rutistettuun paperiin ei kohdistu niin suurta ilmanvastusta kuin sileään paperiin 19. 1) Koska ilmanvastus eli liikettä hidastava voima on pienempi kuin hyppääjää alaspäin vetävä ilmanvastus, hyppääjän tippuu alaspäin kiihtyvällä nopeudella 2) Kun ilmanvastus ja paino ovat yhtä suuria, hyppääjään kohdistuvat voimat kumoavat toisensa ja hyppääjä liikkuu alaspäin tasaisella nopeudella. 20. Millaista oheisissa kuvaajissa esitetty liike on? Ensimmäinen kuva vasemmalta: Kappale liikkuu ensin poispäin lähtöpaikasta tasaisella nopeudella. Sitten se kääntyy takaisin kohti lähtöpaikkaa ja liikkuu takaisin lähtöpaikkaan tasaisella, mutta alkua hitaammalla, nopeudella. Toinen kuva: Kappale liikkuu tasaisella nopeudella. Kolmas kuva: Kappale liikkuu tasaisella nopeudella. 21. Matti Virtanen tutki suurella ilmatyynyradalla ilmatyynyradan vaunun nopeutta peräkkäisinä ajanhetkinä. Hän sai seuraavat tulokset.

6 aika, t (s) nopeus, v (cm/s) a) b) Vaunun liike oli tasaisesti kiihtyvää, koska kappaleen nopeus kasvaa tasaisesti (kuvaaja suora viiva). 22. Tuloksia voidaan verrata vain kun yksikkö on sama. Muutetaan siis nopeudet ensin samaan yksikköön: Sinivalaan nopeus: 37 = = 10,28. tai Virtahevon nopeus: 8,4 = 3,6 8,4 = 30,24. Vastaus: Sinivalaan nopeus on suurempi. 23. Matka s = 100 m Aika t = 9,58 s Vastaus: Keskinopeus oli 10,4.

7 24. Mitkä seuraavista väittämistä ovat oikein (O) ja mitkä väärin (V)? Korjaa väärät väitteet. a. Oikein b. Väärin. Kiihtyvyys lasketaan nopeuden muutoksen ja muutoksen käytetyn ajan suhteena. c. Oikein d. Väärin. Tasaisen liikkeen kuvaaja nopeus matka-koordinaatistossa on vaakasuora viiva. e. Väärin. Tasaisen liikkeen kuvaaja kiihtyvyys aika-koordinaatistossa on vaakasuora viiva, joka kulkee aika-akselin päällä. f. Oikein g. Väärin. Avaruudessa kaukana planeetoista kappaleen liike jatkuu tasaisena, koska mikään planeetta ei vedä sitä puoleensa. h. Oikein i. Väärin. Kappaleen keskinopeus lasketaan kuljetun matkan ja kuluneen ajan suhteena. 25. a) 2, b) 6, c) 5, d) 3 KPL4 Tiheys 1. Tiheys kuvaa sitä, kuinka paljon ainetta eli massaa mahtuu tiettyyn tilavuuteen. 2. Tiheyden tunnus on ρ ja yksikkö kg/dm 3 tai g/cm 3 3. Kelluvien kappaleiden tiheys on pienempi kuin veden tiheys 1kg/dm 3. Jos esine uppoaa, on esineen tiheys suurempi kuin veden tiheys. 4. Jos kappaleen tiheys on sama kuin veden tiheys, kappale leijuu vedessä. Kappale on siis upoksissa, muttei pohjassa. 5. Ihmisen tiheys on melkein sama kuin veden tiheys eli ihminen melkein kelluu. Kuolleenmeren suolaveden tiheys on suurempi kuin ihmisen tiheys, jolloin ihminen kelluu suolaveden pinnalla.

8 6. Kappaleen tiheys saadaan laskettua kun kappaleen massa jaetaan kappaleen tiheydellä. 7. Kaikki kuvan särmiöt ovat samankokoisia. a. Hopeasärmiön tiheys on suurin. b. Hopeasärmiön massa on suurin. (koska tiheys on suurin) c. Alumiinisärmiön massa on pienin. (koska tiheys on pienin) 8. Korkkisärmiö ja a) Kuparisärmiö ja c) Kappale kelluu nesteessä, jos sen tiheys on nesteen tiheyttä pienempi. Korkin tiheys on veden tiheyttä pienempi ja siksi korkkisärmiö kelluu. Kun kappaleen tiheys on nesteen tiheyttä suurempi, kappale uppoaa nesteeseen. Kuparin tiheys on veden tiheyttä suurempi, joten siksi kuparisärmiö on uponneena astian pohjalla. 9. Simo mittasi viiden samasta metallista valmistetun kappaleen massat ja tilavuudet. Taulukossa on esitetty hänen mittaustuloksensa. Tilavuus, V (cm 3 ) Massa, m (g)

9 a) Sijoita mittauspisteet tilavuus-massa-koordinaatistoon. b) Simon oletus pitää paikkansa neljän tilavuudeltaan suurimman kappaleen osalta, sillä niihin liittyvät mittauspisteet osuvat tilavuus-massa-koordinaatistossa samalle suoralle. Tilavuudeltaan pienin kappale on selkeästi eri materiaalia kuin muut. c) Lasketaan kappaleille tiheydet. Tilavuudeltaan pienin kappale: Massa m = 47 g Tilavuus V = 6 cm 3

10 ρ = Muut kappaleet: Voidaan laskea minkä tahansa mittaustuloksen perusteella. Esimerkiksi: Massa m = 22 g Tilavuus V = 8 cm 3 ρ = Vastaus: Tilavuudeltaan pienin kappale voi olla rautaa tai terästä ja muut kappaleet voivat olla alumiinia. 10. Maitolitran massa m = 1 kg Maitolitran tilavuus V = 1 l = 1 dm 3 ρ = Vastaus: Maidon tiheys on 1 kg/dm Kaalin massa m = 3,0 kg Kaalin tilavuus V = 2,5 dm 3 ρ = Vastaus: Kaalin tiheys on 1,2 kg/dm Kuvan kaikilla kolmella särmiöllä on sama tilavuus, V = 2,0 dm 3. a) Tiheys määritetään kappaleen massan ja tilavuuden suhteena. Koska nyt kaikilla särmiöillä on sama tilavuus, niin suurin tiheys on sillä kappaleella, jonka massa on suurin. Eli särmiö C on tiheintä. b) Särmiön massa m = 5,4 kg Särmiön tilavuus V = 2,0 dm 3

11 Vastaus: Särmiö C voi olla alumiinia, koska se kokeellisesti määritetty tiheyden arvo on lähellä alumiinin tiheyden kirjallisuusarvoa. 13. Koska puupalikan tiheys on pienempi kuin paloöljyn, puupalikka ei uppoa vaan kelluu. 14. Suolaisen veden tiheys on suurempi kuin ihmisen tiheys.