Toisessa fysiikan jaksossa käsitellään Aalto-oppia. Oppikirja s

Transkriptio

1 Fysiikka 2, 7. lk RUOKOLAHDEN KIRKONKYLÄN KOULU Toisessa fysiikan jaksossa käsitellään Aalto-oppia. Oppikirja s Tämä dokumentin versio on päivätty 6. syyskuuta Uusin löytyy osoitteesta Johdanto fysiikkaan ja aalto-oppiin Fysiikka on kokeellinen luonnontiede, joka pyrkii luonnon matemaattiseen mallintamiseen. Toisin sanoen mitataan tai havainnoidaan luonnonilmiötä useita kertoja ja tehdään saatujen tulosten perusteella ilmiötä kuvaava matemaattinen esitys. Yläkoulussa matematiikan käsitteistö on varsin rajoittunutta, myös fysiikka rajoittuu paljon tästä syystä. Erityisesti seiskaluokan fysiikka ei juurikaan esittele matemaattisia malleja. Karkeasti ottaen fysiikka voidaan jakaa klassiseen (makroskooppiseen) ja moderniin (mikroskooppiseen) alueeseen. Viimeisen sadan vuoden ajan leijonanosa tutkimusesta on keskittynyt moderniin fysiikkaan, nykyään käytännössä kaikki tutkimus. Aalloilla fysiikassa tarkoitetaan mm. ääni- ja valoaaltoja ja yleisimmin mitä tahansa jaksollisen liikkeen aikaansaamaa energian liikettä. Aaltoliikkeessä energia siirtyy, ei itse aine; aine värähtelee edestakaisin ja toimii aaltoliikkeen välittäjänä seuraaville aineen hiukkasille. Aaltojen sovelluksia tavataan mm. optiikassa, signaalinkäsittelyssä ja yleisemmin missä tahansa luonteeltaan jatkuvissa ilmiöissä. Oppikirjan rakenne ja kurssit Fysiikan ja kemian tunnit pidetään yhdelle oppiaineelle kerrallaan. Syksyllä fysiikkaa 3 h/vko, keväällä kemiaa 3 h/vko. Fysiikan oppikirja jakautuu seiskaluokan osalta kahteen erilliseen osaan eli kurssiin, jotka ovat I Maailmankaikkeus, aineen rakenne ja ydinenergia II Aalto-oppi Tämä kurssi käsittelee jälkimmäistä osaa eli aalto-oppia.

2 Arvostelusta ja tuntityöskentelystä Kotitehtävät vaikuttavat nostavasti arvosanaan. Tuntityöskentely 40 %, koe 60 %. Tuntityöskentely voi vaikuttaa negatiivisesti, jos häiritsee muita. Hyvä tuntityöskentely ei ole sitä, että viittaa ja pyytää jatkuvasti vastauksia tai apua, koska silloin osoittaa, ettei jaksa lainkaan keskittyä. Hyvä tuntityöskentely on sitä, että mietittyään tehtävää kysyy siihen apua, selittää mitä on miettinyt, on tarkastanut kirjan takaa että oma vastaus ei ole oikein eikä ymmärrä miksi. Tunneilla keskustellaan oppikirjan aiheista, luetaan kirjaa sekä kirjoitetaan vihkoon oppimispäiväkirjaa siitä mitä tehtiin, ei itse muistiinpanoja; opetellaan lukemaan ja käyttämään aivoja. Tehtävien vastaukset kirjoitetaan vihkoon. Työskennellään joko itsenäisesti, koko luokan kanssa yhdessä tai pareittain. Lisäksi käytetään oheismateriaalina mm. tietokoneohjelmia, Olipa kerran keksijät -DVD:itä sekä muuta asiaan liittyvää. Kokeellisessa työskentelyssä harjoitellaan vihkoon mittauspöytäkirjan käyttöä. Pöytäkirjaan merkitään mittalaitteet päivämäärä ja mittausten kellonajat mittausten tekijät mitä mitattiin, tulokset havaintoja ja huomioita Kurssin tehtävät s. 20 1, 3, 7 ja 9 s ja 5 s. 25 4, 5, 6, 8 ja 10 s ja 9 s. 37 1, 2, 7 ja 8 s. 38 kertaustehtävät s. 49 4, 7 ja 9 s. 54 1, 2, 4 ja 5

3 s. 60 2, 6 ja 9 s. 61 kertaustehtävät s. 68 1, 2 ja 5 s. 72 3, 4 ja 6 s. 77 1, 2, 4 ja 7 s kertaus Sekalaisia huomioita kirjasta s. 16 värähdysliikkeen määrittely: myöhemmin nähdään, että värähtelyliike aiheuttaa aaltoliikkeen s. 17 värähdys, värähdysaika ja taajuus määrittelyt s. 18 viestinnässä käytettävät taajuudet: joskus laitteiden taajuudet menevät päällekäin ja väärä kaukosäädin ohjaa laitetta. s. 19 GPS-paikannus tuli täysin lailliseksi vasta 2000-luvun alkupuolella, jolloin mm. geokätköily-harrastus alkoi nostaa suosiotaan. s. 23 hyvä kuva poikittaisesta ja pitkittäisestä aaltoliikkeestä; aallonpituus määrittely; huomaa, että aine ei kulje aallon mukana, ainoastaan energia. s. 27 johdantokysymys "miten koiran kuuloaisti poikkeaa ihmisen kuuloaistista?"epämääräinen; tietty koira kuulee myös ultraääniä, mutta "aisti"itsessään ei ole hyvin mitattava asia, jos tarkastellaan poikkeavuutta yleisemmin. s. 29 ääni on väliaineessa etenevää mekaanista pitkittäistä aaltoliikettä eli etenee paineenvaihteluina s. 30 äänen nopeus riippuu väliaineesta; tiheämmässä väliaineessa kulkee kovempaa, esim. teräksessä s. 31 hyvä taulukko desibeliarvoista; kolmen desibelin kasvu kaksinkertaistaa äänen intensiteetin; intensiteetti ja intensiteettitaso ovat eri asioita, intensiteetti kuvaa äänen tehoa (Watteja) pinta-alaan (neliömetri) kohden. Teho tarkoittaa energiaa (jouleja) aikayksikössä (sekunti). Huomaat jatkossa, että vastaavalla tavalla voidaan purkaa SI-järjestelmän perussuureisiin ja perusyksiköihin kaikki monimutkaisemmat fysikaaliset s. 32 tehtävä 1 melko laaja, tehtävä 5 taas... voi olla hankala arvioida virhettä käsimittauksessa, ts. käden painamisesta tuleva virhe on sitä luokkaa ettei ole kovin suurta merkitystä painaako kelloa silloin kun näkee savun tai kuulee äänen, jos ajanottaja on lähellä starttipistoolia.

4 s ääniosa: siitä tiivistelmä joka yhdistää asiat luontevalla tavalla s valon perusominaisuudet, tiivistelmä s peilit ja linssit, tiivistelmä s. 34 akustiikka tutkii äänen heijastumista rakenteista mm. konserttisaleissa, meluaidoissa, studioissa, kaiuttimissa ja niin edelleen. Akustiikkasuunnittelu on melko matemaattista hommaa, johon liittyy esimerkiksi simulaatioita (=ongelman mallintamista tietokoneohjelmalla). Joitakin termejä: osittaisdifferentiaaliyhtälöt, sobolev-avaruudet, äärellisulotteiset matriisit, elementtimenetelmä ja niin edespäin. s. 34 resonanssi liittyy kielisoittimien toimintaan, kun eri kielet värähtelevät yhdessä. Tosin pitää huomata, että esimerkiksi yksittäinen kitaran kieli saa aikaan monimutkaisen ääniaaltojen summan, vrt. harmoniset ylä-äänet tekevät spektristä yksinkertaisemman. soinnut kuulostavat "hyvältä"siksi, että ääniaallot muodostavat sopivia harmonioita keskenään; nämä voidaan laskea myös matemaattisesti jos halutaan. Oktaavi tarkoittaa äänen taajuuden puolittumista tai kaksinkertaistumista riippuen siitä kumpaan suuntaan mennään. s. 35 dopplerin ilmiö: kasaantuneet aaltorintamat ambulanssin edessä vs. harvat rintamat takana s käsitteet ominaistaajuus, kaiku, resonanssi, ultraääni, infraääni, melu oleellisia. s. 41 johdantokysymys 1 liian laaja, kysymyksen 2 kieliasu huono sillä "johtuminen"tarkoittaa fysiikassa esimerkiksi sähkönjohtavuutta tai lämmänjohtavuutta. s. 43 laser-valo eroaa valkoisesta valosta siinä että sillä on tietty aallonpituus; valkoinen valo on eri aallonpituuksien summa. ks. myös sivu 45. s. 44 valon nopeus pienenee väliaineessa, vrt. äänen nopeus kasvaa väliaineessa. s. 45 sähkömagneettinen aalto ja spektri liittyvät matemaattiseen mallintamiseen eikä niiden ominaisuuksia voi 7-luokan matematiikan puitteissa ymmärtää kunnolla. Riittää ymmärtää että valo on itse asiassa sähköä ja että sähkömagneettiseen aaltoon liittyvät myös mm. gammasäteet, UV-säteet sekä radioaallot s. 47 polarisaatio on myös matemaattisen mallin käsite ja liittyy siihen, kun valosta "suodatetaan"pois kaikenlaisiin suuntiin liikkuvia aaltoja; jäljelle jää-

5 vät aallot ovat yhdensuuntaisia. Riittää tietää käytännössä se, että polarisoidut aurinkolasit ovat tärkeät kirkkaalla ilmalla. Jos kaksi polarisoitua linssiä laittaa täsmälleen kohtisuoraan, niin läpi ei pitäisi päästä yhtään valoa; tosin aivan kohtisuoraan asettaminen voi olla haastavaa, jos linssit eivät ole täysin suoria (ovat yleensä kaarevia). s. 52 valon ominaisuudet, kun se kohtaa kahden aineen rajapinnan. s. 53 hyvä kuva valonsädemallista; tekstissä hyvin pintojen ominaisuuksista. pinnan normaalin määritelmä, kuten myös heijastuskulma ja tulokulma (oleellisia) s. 57 hyvä kuva valon taittumisesta kahden eri aineen rajapinnassa. Ilmasta lasiin edetessä valo taittuu normaalia kohden, sillä se "haluaa"kulkea lasin läpi mahdollisimman nopeasti; periaate, jonka mukaan valo yrittää minimoida matkaan kuljetun ajan (tällainen on havaittu luonnossa). Lasista ilmaan edetessä valo taittuu normaalista poispäin, sillä valon nopeus kasvaa ilmassa. Taitekulman määrittely. s. 58 onnistunut kuva laservalon käyttäytymisestä sen kohdatessa lasipalan; tapahtuu sekä taittuminen että heijastuminen, tosin eri intensiteeteillä (tätä ei käsitellä tarkemmin, sillä se vaatii matikkaa). s kokonaisheijastus, joka mahdollinen vain kun valo taittuu normaalista poispäin (eli esimerkiksi lasista ilmaan). s. 62 "valo etenee suoraviivaisesti"joo kyllä kun käytetään valonsädemallia, mutta se yksinkertaistaa paljon valon rakennetta sähkömagneettisena aaltona. s tasopeilin näyttää 1:1 kuvakoon, kupera peili näyttää laajan alueen (pienennetyn kuvan) ja kovera peili suurennetun kuvan. lisäksi voidaan määritellä käsite valekuva, joka tarkoittaa että kuva muodostuu "peilin puolelle", tasopeilillä esimerkiksi yhtä kauas kuin mitä itse seisot peilistä. lisäksi on polttopiste, johon valonsäteet taittuvat (kovera peili) tai josta valonsäteet näyttäisivät olevan lähtöisin (kupera peili); polttoväli tarkoittaa peilin etäisyyttä polttopisteestä. Jatkossa osoitetaan valonsädemallin avulla, että nämä kuvat todella muodostuvat. s. 71 tärkeät kuvat kuperasta ja koverasta linssistä; opetellaan, jotta voidaan ymmärtää silmälasien toimintaa seuraavassa luvussa. s. 75 silmälasit: kaukotaitteisuus korjataan kuperilla eli pluslaseilla, likitaitteisuus koverilla eli miinuslaseilla. hajataitteisuus on monimutkaisempi korjata.

6 s. 76 taittovoimakkuus 1/polttoväli, dioptri: mitä suurempi luku sen kovempi taittovoimakkuus