ASTROFYSIIKAN TEHTÄVIÄ VII

Transkriptio

1 ASTROFYSIIKAN TEHTÄVIÄ VII 701. Taivaalla nähdään päiväsaikaan Aurinko ja yötaivaalla Kuu, planeettoja sekä tähtiä. Taivaalla Kuu ja Aurinko näyttävät samankokoisilta. Planeetat ja tähdet puolestaan ovat lähes pistemäisiä. a) Mikä perusvuorovaikutus on hallitseva taivaankappaleiden välillä ja mitkä suureet vaikuttavat sen suuruuteen? b) Mistä Auringon, Kuun, planeettojen valo on peräisin? c) Vertaile taivaankappaleiden etäisyyksiä Maahan. Mitkä kappaleet muodostavat oman aurinkokuntamme? 702. Selitä, mikä on Big Bang-teoria Miten on voitu päätellä, että maailmankaikkeus laajenee? 704. a) Mitä on pimeä aine? b) Miten pimeän aineen olemassaolo on voitu havaita? c) Mitä tarkoitetaan pimeällä energialla? Miten se vaikuttaa maailmankaikkeuden laajenemiseen? 705. Vastaa seuraaviin kysymyksiin a) Miksi atomiydin pysyy koossa, vaikka siellä on positiivisesti varautuneita ytimiä? b) Mainitse kaksi kokeellista havaintoa, jotka tukevat maailmankaikkeuden syntyä selittävää alkuräjähdysteoriaa (BIG BANG). c) Mitä ovat kvarkit? d) Mitä tarkoitetaan käsitteellä pimeä energia? 706. a) Mikä ero on vapaalla ja sidotulla energialla? b) Mainitse esimerkki vapaasta ja sidotusta energialajista a) Mikä ero on suoralla ja epäsuoralla aurinkoenergialla? b) Miten Auringon säteilyenergiaa voidaan varastoida? c) Miten aurinkokennot hyödyntävät Auringon energiaa? 708. Miten Auringosta maanpinnalle tuleva sähkömagneettinen säteily ja maanpinnan lähettämä säteily eroavat toisistaan? 709. a) Selitä kasvihuoneilmiö. b) Selitä kasvihuoneilmiön voimistuminen. c) Millä toimilla ihminen voi omalta osaltaan estää kasvihuoneilmiön voimistumista? d) Millä planeetalla avaruudessa esiintyy voimakas kasvihuoneilmiö? 710. Mistä Auringon säteilyenergia on peräisin? Miten vety ja helium liittyvät Auringon energiantuottoon?

2 711. a) Selvitä. mitä maapallolle tapahtuisi, jos Aurinko sammuisi? b) Mitä maapallolle tapahtuisi, jos Kuu syöksyisi radaltaan Astronautin massa varusteineen mitattiin Maassa. Massa oli 106 kg. Sama vaaka (jousivaaka) otettiin mukaan Kuuhun. a) Mitä lukemaa vaaka näytti Kuussa? b) Kuinka suuri on astronautin massa Kuussa? c) Mitä lukemaa vaaka näyttää avaruusaluksessa silloin, kun avaruusalus lentää moottorit sammutettuina? 713. a) Miksi putoamiskiihtyvyys Kuussa on pienempi kuin Maassa? b) Putoamiskiihtyvyys Kuussa on 1/6-osa putoamiskiihtyvyydestä Maassa. Kuinka paljon painaa Kuussa henkilö, jonka massa on 72 kg? 714. a) Luettele perusvuorovaikutukset. b) Missä perusvuorovaikutukset havaitaan? c) Mitkä ovat niiden suhteelliset voimakkuudet? d) Mitkä ovat perusvuorovaikutusten välittäjähiukkaset? 715. Mikä perusvuorovaikutus on vallitseva seuraavissa tapauksissa? a) Maa kiertää Aurinkoa. b) Hiiliatomin ydin pysyy koossa. c) Ydin lähettää gammasäteilyä. d) Samanmerkkisesti varatut lasisauvat hylkivät toisiaan. e) Omena putoaa puun oksalta. f) Galaksien liike toistensa suhteen Määrittele seuraavat fysiikan käsitteet: a) valovuosi b) tähtitieteellinen yksikkö AU c) Linnunrata d) alkuräjähdys e) supernova f) fuusio Määrittele seuraavat käsitteet: a) nukleoni b) nuklidi c) perushiukkaset d) leptonit e) hadronit f) kvarkit a) Mitkä seikat tukevat alkuräjähdysteoriaa? b) Mitä punasiirtymällä tarkoitetaan? 719. Esittele tähtien elinkaareen liittyvät vaiheet a) Luettele epäsuoran aurinkoenergian lähteitä. b) Mitkä maapallon energiavarat eivät ole peräisin Auringosta? c) Mitkä maapallon energiavarat ovat alun perin peräisin ydinenergiasta? d) Miksi kylmänkin tuulen energia on peräisin Auringosta? 721. a) Voiko avaruusasemalla oleva astronautti imeä pillillä vettä pullosta? b) Miten on mahdollista, että avaruudesta suurella nopeudella ilmakehään saapuva kivensirpale alkaa hehkua, vaikka ilman lämpötila hehkumiskorkeudella on paljon alempi kuin hehkuvan kappaleen lämpötila?

3 722. Voiko a) potentiaalienergia b) liike-energia olla negatiivinen? Entä nolla? Kuvaile kyseistä fysikaalista tilannetta Miksi Maata kiertävän satelliitin suunnittelussa on otettava huomioon materiaalien lämpölaajeneminen? Perustele Nykykäsityksen mukaan maapallo on kuudenlaisessa liikkeessä avaruudessa. Ota selville mitkä nämä liikkeet ovat a) Selvitä, miten maailmankaikkeuden laajenemisnopeus voidaan mitata. b) Onko olemassa suurinta mahdollista nopeutta? c) Onko olemassa suurinta mahdollista lämpötilaa? d) Mikä on pienin mahdollinen lämpötila? 726. Mitä ovat takyonit? 727. Helmikuussa 2004 yhdysvaltalainen Spirit-mönkijä matkasi Marsin pinnalla 21 metriä kahdessa tunnissa ja 48 minuutissa. a) Laske mönkijän keskinopeus kyseisellä matkalla. b) Piirrä mönkijän paikka ajan funktiona. Oletetaan, että se eteni vakionopeudella. c) Spiritin keskinopeus oli kolminkertainen Nasan vanhaan Sojourner-mönkijään nähden. Kuinka suuri oli Sojourner-mönkijän nopeus? 728. Putoamiskiihtyvyys Kuussa on vain noin kuudesosa putoamiskiihtyvyydestä lähellä Maan pintaa. Astronautin massa Maassa on 87 kg. a) Laske astronautin paino Kuussa. b) Kuinka monta prosenttia pienempi on astronautin paino Kuussa kuin Maassa? c) Mikä on astronautin massa Kuussa? 729. Laskuvarjohyppääjän ja hänen varusteidensa yhteismassa on 92 kg. Kuinka suuri on ilmanvastus, kun putoamisnopeus on vakio? Piirrä voimakuvio Sijoita seuraavat henkilöt keksintöineen oikealle vuosisadalle sadan vuoden tarkkuudella; a) Aristarkhos; Maa kiertää Aurinkoa b) Ptolemaios; Almagest-teos c) Kopernikus; Maa kiertää Aurinkoa d) Kepler; Keplerin lait e) Newton; gravitaatiolaki f) Einstein; suhteellisuusteoria a) Mistä antiikin ajan merenkulkijat päättelivät, että Maa on pyöreä? b) Miten maapallon ympärysmitta mitattiin ensimmäisen kerran? 732. a) Miksi tiettyjen taivaankappaleiden uskottiin ennen kulkevan ympyräratoja pitkin? b) Miten gravitaatio vaikuttaa galaksien liikkeeseen?

4 733. a) Mikä ero on kosketus- ja etävoimilla? b) Mistä kaikki luonnossa esiintyvät voimat aiheutuvat? c) Luettele perusvuorovaikutukset niiden suhteellisessa suuruusjärjestyksessä. d) Mitä tarkoittaa ns. yhtenäisteoria? 734. Selvitä mitä ovat Keplerin lait Selvitä vuorovesi-ilmiö Newtonin gravitaatiolain mukaan etäisyydellä r olevien kappaleiden m1 ja m2 välinen gravitaatiovoima on F =, missä m1 ja m2 ovat kappaleiden massat. Miten gravitaatiovoima muuttuu, kun a) kummankin massan m1 ja m2 suuruus kasvaa kaksinkertaiseksi b) massan m1 suuruus kaksinkertaistuu ja massa m2 pysyy entisellään c) kappaleiden etäisyys r pienenee puoleen d) kappaleiden etäisyys r kasvaa? 737. a) Mikä on vuorovesi ja mistä se aiheutuu? b) Milloin vuorovesi on korkeimmillaan ja milloin matalimmillaan? c) Kuinka suuria merenpinnan korkeusvaihtelut voivat olla? d) Miten vuorovesi-ilmiötä voidaan käyttää hyväksi? 738. a) Mitkä seikat tukevat maailmankaikkeuden alkuräjähdys- ja laajenemisteoriaa? b) Mikä on Hubblen laki? c) Selvitä, mitkä ovat meitä lähimmät tähdet Monien pohjoisen tähtitaivaan tähdistöjen nimet ovat peräisin Mesopotamian ja Välimeren alueen muinaisista kulttuureista. Selvitä, mistä seuraavat tähdistöjen nimet ovat peräisin? a) Kefeus b) Kassiopeia c) Amdromeda d) Perseus a) Mitä tarkoitetaan eksoplaneetalla? b) Miten eksoplaneettoja etsitään? c) Kuinka monta eksoplaneettaa on löydetty tähän mennessä? 741. a) Mistä nimitys Linnunrata johtuu? b) Mikä on Linnunrata englanniksi, ruotsiksi ja saksaksi? c) Mistä löydät kirkkaana talviyönä Pohjantähden? 742. a) Määrittele tähti. b) Määrittele galaksi. c) Mihin ryhmiin galaksit jaetaan? d) Mikä on paikallinen ryhmä? e) Mikä on galaksijoukko? f) Mikä on superjoukko?

5 743. a) Millainen on Aurinkokuntamme rakenne? b) Luettele Aurinkokuntamme planeetat Aurinkoa lähinnä olevasta planeetasta alkaen. c) Mistä planeetat ovat saaneet nimensä? 744. a) Millä Aurinkokuntamme planeetoista on omia kuita? b) Missä sijaitsevat Aurinkokuntamme korkeimmat vuoret? 745. a) Miksi Kuu kiertää Maata? b) Miksi Maa kiertää Aurinkoa? c) Minkä ympäri Aurinko kiertää? 746. a) Miten Aurinko tuottaa energiansa? b) Miten energia siirtyy Auringon sisäosista Maahan? c) Mitä tarkoittaa käsite aurinkovakio? d) Mitä auringonpilkut ovat ja miten ne syntyvät? e) Mikä vaikutus auringonpilkuilla on elämäämme maapallolla? f) Mikä on aurinkotuuli? 747. a) Mitä tarkoitetaan käsitteellä ekliptika? b) Mitä tarkoitetaan käsitteellä eläinrata? c) Mitä ovat Kravun ja Kauriin kääntöpiirit? 748. a) Miten avaruuden kohteista saadaan tietoa? b) Millä sähkömagneettisen säteilyn aallonpituusalueilla tehdään avaruustutkimusta nykyisin? c) Avaruudessa olevat teleskoopit tuottavat terävämpiä kuvia kuin Maassa olevat teleskoopit. Miksi Maahan, korkealle vuoristoon, rakennetaan kuitenkin yhä tehokkaampia teleskooppeja? 749. a) Mikä oli ensimmäinen Maata kiertänyt satelliitti ja milloin tämä tapahtui? b) Kuka oli ensimmäinen ihminen, joka astui Kuun pinnalle? Milloin tämä tapahtui? 750. a) Normaali ilmanpaine on Pa ja maapallon säde 6370 km. Laske näiden tietojen perusteella ilmakehän massa. Putoamiskiihtyvyydelle voidaan käyttää arvoa g 9,8 m/s 2. b) Kuinka korkealle Maan ilmakehä ulottuu? 751. a) Selvitä, mitä on SETI-tutkimus. b) Mitä on astrobiologia? 752. Galileo-luotain tutki Jupiteria ja sen kuita vuosina kahdeksan vuoden ajan. Jupiterin kuut Europa ja Io olivat suuren mielenkiinnon kohteena. Selvitä miksi Maata kiertävän satelliitin kiertoradan korkeus riippuu satelliitin käyttötarkoituksesta. a) Mitä LEO-, GEO- ja GTO-radat tarkoittavat? b) Mihin näillä radoilla olevia satelliitteja käytetään?

6 754. Nykyään tunnetaan 112 alkuainetta, joista 94 esiintyy luonnossa ja loput on valmistettu keinotekoisesti ydinreaktioiden avulla. Selvitä miten luonnossa esiintyvät alkuaineet ovat syntyneet Tarkastele luonnon rakenteita kvarkeista galakseihin sekä rakenteita koossa pitäviä vuorovaikutuksia a) Osoita laskemalla, että 1 valovuosi on 9, m. b) Kuinka kauan valon kulkeminen 8 valovuoden etäisyydellä olevasta tähdestä Maahan kestää? c) Kuinka monta metriä tämä b)-kohdan etäisyys on? d) Ilmoita eo. etäisyys käyttäen yksikköä AU (tähtitieteellinen yksikkö) Arvioi laskemalla käyttäen taulukon tietoja a) mahtuisiko rata, jota pitkin Kuu kiertää Maata, Auringon sisälle b) kuinka monta maapalloa mahtuisi Aurinkoon? c) Vertaa Maan ja Kuun massoja ja tilavuuksia toisiinsa. d) Vertaa Maan ja Marsin massoja ja tilavuuksia toisiinsa. e) Vertaa protonin ja elektronin massoja toisiinsa. f) Maailmankaikkeuden ikä on 13,8 miljardia vuotta. Ilmoita ikä sekunteina On olemassa satoja erilaisia alkeishiukkasia. Kuinka monesta perushiukkasesta ne koostuvat? 759. Oletetaan, että Aurinko on työpöydälläsi ja Auringon halkaisija on 14 cm. a) Missä Maa olisi tässä mittakaavassa? b) Kuinka suuri olisi tällöin Maan halkaisija? Käytä hyväksesi taulukon arvoja a) Auringon ultraviolettisäteily jaetaan UV-A-, UV-B- ja UV-C-säteilyyn. Selvitä näiden säteilylajien ominaisuuksia. b) Mainitse sähkömagneettisen säteilyn lajeja. c) Mainitse esimerkkejä hiukkassäteilystä a) Miten avaruusluotain viestii Maassa olevan komentokeskuksen kanssa? b) Mitä eri sähkömagneettisen säteilyn lajeja avaruudesta tulee ja miten niitä mitataan? c) Anna esimerkkejä sähkömagneettisen säteilyn hyödyistä ja haitoista a) Miksi ihmiseen kohdistuva mikroaaltosäteily on vaarallisempaa kuin samantehoinen infrapunasäteily? b) Mitä on radioaktiivisuus? c) Radioaktiivisella säteilyllä tarkoitetaan yleensä ionisoivaa säteilyä. Mitä on ionisoiva säteily? 763. a) Mitä eroja on sähkömagneettisella säteilyllä ja hiukkassäteilyllä? b) Luettele alkuaineiden jaksollisesta järjestelmästä radioaktiivisia alkuaineita? 764. Miten voidaan suojautua a) alfasäteilyltä b) beetasäteilyltä c) gammasäteilyltä d) neutronisäteilyltä?

7 765. Arvellaan, että Linnunradan keskustassa on musta aukko. Kuvaile Linnunradan rakennetta ja selosta, mikä on musta aukko Kaikki fysiikassa esiintyvät voimat aiheutuvat viime kädessä neljästä perusvuorovaikutuksesta. a) Luettele nämä perusvuorovaikutukset. b) Mikä perusvuorovaikutus pitää Aurinkokuntaa koossa? c) Mikä perusvuorovaikutus on hallitseva, kun Maa kiertää Aurinkoa? d) Minkä vuorovaikutuksen johdosta kompassineula asettuu maanpinnalla pohjois-eteläsuuntaan? 767. Kuu kiertää Maata likimain ympyräradalla. a) Kuinka suuri on tämän radan halkaisija? b) Mahtuisiko Kuun rata Auringon sisälle? 768. Pluton keskietäisyyttä Auringosta pidetään usein Aurinkokuntamme säteenä. a) Kuinka suuri on Aurinkokuntamme halkaisija? b) Mikä Linnunradan halkaisijan suuruus? c) Auringon etäisyys lähimpään tähteen α-centauriin on 4,3 valovuotta. Kuinka monta kertaa Aurinkokuntamme halkaisija mahtuu Auringon ja meitä lähinnä olevan tähden väliseen etäisyyteen? ytimen massa on 9, kg ja pallomaisen ytimen säde on 4,07 fm. a) Laske ytimen tiheys. b) Neutronitähdet koostuvat ydinaineesta. Oletetaan, että koko maapallon atomit puristetaan ydinaineeksi. Kuinka suuri olisi tällöin Maan tilavuus? 770. Oletetaan, että olet Kuun pinnalla ja meteoriitti putoaa melko lähelle sinua. a) Voitko nähdä hehkuvan valojuovan Kuun taivaalla, kun meteoriitti saapuu lähelle Kuun pintaa? b) Voitko kuulla meteoriitin putoavan? c) Voitko mitenkään havaita meteoriitin putoamisen? 771. a) Kumpi on suurempi, valon vai äänen nopeus ilmassa? b) Voiko valon nopeus vaihdella? c) Mikä on valon nopeus pimeässä? 772. a) Mitä sateenkaari osoittaa näkyvästä valosta? b) Miksi pilvetön taivas näyttää siniseltä? c) Miksi auringonlasku on punainen? d) Miksi maailma näyttää ruusunpunaiselta ruusunpunaisten aurinkolasien läpi katsottuna? 773. a) Miten ja miksi varjot syntyvät? b) Miten auringon- ja kuunpimennys eroavat toisistaan? 774. Selvitä, miten maajäristyksessä syntyvät a) pitkittäiset aallot b) poikittaiset aallot Miten Kuun pinnalla kävelevät astronautit pystyvät keskustelemaan keskenään?

8 776. Miten valon taittuminen ilmakehässä vaikuttaa tähtien sijainnin tarkkaan määrittämiseen maanpinnalta? 777. a) Mikä on spektri? b) Mihin ilmiöön perustuu spektrin muodostuminen prismassa ja hilassa? 778. Maata kiertävä viestintäsatelliitti liikkuu Maan pyörimisliikkeen suuntaisesti päiväntasaajan yläpuolella ja pysyy Maasta katsottaessa paikallaan. Millainen on satelliitin rata a) talon katolle asetetun lautasantennin suhteen b) maan keskipisteen suhteen c) satelliitin suhteen? 779. Planeetat kiertävät Aurinkoa lähes ympyränmuotoisia ratoja pitkin. Miksi Mars näyttää Maasta katsottuna tekevän välillä silmukan eli kääntyvän välillä liikkumaan takaisin tulosuuntaansa? 780. Perustele, ovatko seuraavat väittämät totta: a) Voima ja vastavoima kumoavat toisensa? b) Aurinko ja Kuu vetävät toisiaan puoleensa. Auringon Kuuhun kohdistama vetovoima on suurempi, koska Aurinko on kooltaan Kuuta suurempi. c) Kappaleen massa vaikuttaa kappaleen saamaan kiihtyvyyteen Kuumailmapallon kokonaismassa (pallo ja kori) on 23 kg ja tilavuus 160 m 3. Kuinka suuren kuorman kuumailmapallo kannattaa, kun kuuman ilman tiheys on 0,85 kg/m 3 ja ympäröivän ilman tiheys on 1,3 kg/m 3? 782. Rakettia ylöspäin työntävän voiman suuruus on 6450 N. Väliaineen vastus on 470 N. Raketin massa on 450 kg. a) Piirrä rakettiin vaikuttavat voimat. b) Laske raketin saama kiihtyvyys. c) Kuinka korkealle raketti nousee 3,0 sekunnissa? Massan muutoksia ei oteta huomioon Laske Maan kiertoaika Auringon ympäri lähtien Newtonin gravitaatiolaista. Oletetaan, että Maan rata Auringon ympäri on ympyrä Kansainvälinen avaruusasema eli ISS (International Space Station) on Maata kiertävä pysyvästi miehitetty avaruusasema, joka kiertää Maan 91,7 minuutissa. Laske avaruusaseman a) korkeus maanpinnasta b) ratanopeus c) kiihtyvyys.