Harjoitustehtävien vastaukset



Samankaltaiset tiedostot
Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

BM30A0240, Fysiikka L osa 4

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

Aaltoliike ajan suhteen:

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

Fysiikka 8. Aine ja säteily

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1

FYS03: Aaltoliike. kurssin muistiinpanot. Rami Nuotio

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Luento 13: Periodinen liike

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Luento 11: Periodinen liike

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Infrapunaspektroskopia

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

Mustan kappaleen säteily

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

W el = W = 1 2 kx2 1

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

2.1 Ääni aaltoliikkeenä

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Luento 9: Potentiaalienergia

Luento 11: Periodinen liike

L a = L l. rv a = Rv l v l = r R v a = v a 1, 5

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

16 Ääni ja kuuleminen

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

Sovelletun fysiikan pääsykoe

Luku 7 Työ ja energia. Muuttuvan voiman tekemä työ Liike-energia

K = Q C W = T C T H T C. c = 1 dq. f) Isokoorinen prosessi: prosessi joka suoritetaan vakiotilavuudessa

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

Mekaaninen energia. Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa. Suppea energian määritelmä:

Kuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Kuuloaisti. Korva ja ääni. Melu

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

Intensiteettitaso ja Doplerin ilmiö

Potentiaalikuopalla tarkoitetaan tilannetta, jossa potentiaalienergia U(x) on muotoa

Luento 11: Potentiaalienergia. Potentiaalienergia Konservatiiviset voimat Voima potentiaalienergiasta gradientti Esimerkkejä ja harjoituksia

BM30A0240, Fysiikka L osa 4. Värähtelyfysiikkaa. Luennot: Heikki Pitkänen

Kertaustehtävien ratkaisuja

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Kerrataan harmoninen värähtelijä Noste, nesteen ja kaasun aiheuttamat voimat Noste ja harmoninen värähtelijä (laskaria varten)

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

5.10. HIUKKANEN POTENTIAALIKUOPASSA


Valo-oppia. Haarto & Karhunen.

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

Mustan kappaleen säteily

FY9 Fysiikan kokonaiskuva

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

2.2 Ääni aaltoliikkeenä

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 10: Työ, energia ja teho

Teoreettisen fysiikan esittely

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus)

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus

Energia, energian säilyminen ja energiaperiaate

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017

Vastaukset. 1. kaksi. 3. Pisteet eivät ole samalla suoralla. d) x y = x e) 5. a) x y = 2x

Ääni, akustiikka. 1 Johdanto. 2.2 Energia ja vaimeneminen (1) 2 Värähtelevät järjestelmät

Miltä työn tekeminen tuntuu

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Ilmakehän vaikutus havaintoihin. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

Transkriptio:

Harjoitustehtävien vastaukset Esimerkiksi kaiutinelementti, rumpukalvo (niin rummussa kuin korvassa), jännitetty kuminauha tai kielisoittimien (esimerkiksi viulu, kitara) kielet, kellon koneisto, heiluri, keinu, sydän 2 Kun systeemi poikkeutetaan tasapainotilasta, tasapainoasemaa kohti palauttava voima siirtää systeemin tasapainoasemaan Kun systeemillä on hitautta, energia sitoutuu esimerkiksi värähtelevän kappaleen nopeuteen tai magneettikenttään, joka saa systeemin siirtymään takaisin pois tasapainotilasta Tämä energian muodon edestakainen muuttuminen on värähtelyä 3 Mitataan aika usealle värähdykselle Jaetaan useaan värähdykseen kulunut aika värähtelyiden määrällä 4 T = 2 π m k = 2 0,050 π kg 5 N/m = 0, 63 s f = /T = /0, 63 s =, 6 Hz 5 Jousivakio säilyy samana, koska koko ajan käytetään samaa jousta Niinpä Hooken laki voidaan kirjoittaa F = kx => k = F/x ja merkitä yhtälö alkutilanteessa ja lopputilanteessa yhtäsuuriksi F F x = 2 x 2 Tässä x on poikkeutusetäisyys tasapainotilasta eli ero pituuteen ilman venyttävää painoa Jouseen kiinnitetty paino vetää jousta voimalla G = mg, jolloin saadaan m g x m g = 2 x 2 Tiedetään että m = 60g, x = 8 cm 5 cm = 3 cm ja m 2 = 40 g Ratkaistaan kysytty x 2 m g m x 2 x 2 40 g x 3cm = 2cm = 2 m g = m = 60 g 6 Potentiaali ja liike energioiden muoto riippuu värähtelevästä systeemistä, mutta energian säilyessä niiden summa on vakio Esimerkiksi jos jousen päässä on paino ja se päästetään värähtelemään, potentiaali ja liike energia käyttäytyvät seuraavasti:

Yllä olevia energioita vastaava liike voisi olla esimerkiksi seuraavan kaltainen (y akseli ei ole tässä merkityksellinen): Potentiaalienergia (sininen käyrä) on siis suurin heilahtelun ääripisteissä (t = 0,0 s, t = 4,0 s, t = 8,0 s) kun taas liike energia on suurin silloin, kun paino ohittaa tasapainopisteen (t = 2,0 s, t = 6,0 s, t = 0,0 s) 7 Poikittainen värähtely eli P aalto kulkee maapallon läpi, saapuu nopeiten havaintopaikalle ja aiheuttaa rakennusten tärähtelyn Sen perusteella voidaan antaa maanjäristysvaroitus S aalto eli pitkittäisvärähtely kulkee vain kiinteässä aineessa, ei maapallon sulassa ytimessä, ja saapuu hitaammin havaintopaikalle S aalto aiheuttaa enemmän tuhoa S aalto voi myös aiheuttaa P aaltoja heijastuessaan kiinteän ja sulan aineksen rajapinnasta 8 Valon nopeus voidaan jättää huomiotta, koska se kulkee lähes välittömästi Ääni kulkee ilmassa noin 343 m/s, joten matkaa salaman sijaintiin on noin s = vt = 343 m/s * 7 s = 240 m = 2, 4 km Äänen nopeus kosteassa ilmassa sateella voidaan olettaa likimäärin samaksi kuin annettu nopeus kuivassa ilmassa 9 Kaasussa ja nesteessä aineen osaset, atomit tai molekyylit, eivät ole sidoksissa toisiinsa Tämän takia ne voivat vain työntää toisiaan eivät vetää ja sivuttaisessa aaltoliikkeessä tarvitaan vetävä palauttava voima

0 f = vλ = 343 m/s, 0 m = 343 Hz f = v λ = 300000000 m/s 640 nm = 300000000 m/s 640 0 9 m = 4, 69 0 4 Hz = 470 T Hz 2 Peilin ja maan välinen kulma on 45 astetta, valon tulosuunnan ja maan välinen kulma 60 astetta Peilin ja valon tulosuunnan välinen ero on siis 60 45 = 5 astetta Tulokulma maahan saadaan esimerkiksi suorakulmaisesta kolmiosta, jonka kulma heijastuspisteessä on 45 + 5 = 60 astetta Kulma jossa valo osuus maahan on siis 80 90 60 = 30 astetta 3 sin α = n 2 n n = > α rcsin rcsin 8, astetta = a 2 n = a,33,00 = 4 8 4 hologrammikuvio esim luottokorteissa eri optiikan kuten kaukoputken erotuskyvyn arvioiminen (Fraunhoferin diffraktio) aineen tutkiminen elektronidiffraktiolla kiteisten aineiden kuten mineraalien tunnistaminen röntgendiffraktiolla 5 L = 0 log0 I 0 mw/m2 I = 0 log 0 log 0 log 0 0 0 db 00 db 0 0 = 2 2 0 = 2 2 0 0 = = 0 W/m 2 2 0 W/m 0 W/m 6 Korkeamman äänen taajuus on kaksinkertainen oktaavia matalampaan ääneen 7 Doppler ilmiössä verrataan havaitsijan suhteen liikkuvaan kappaleeseen osuvan signaalin taajuuden muutosta suhteessa lähetettyyn signaaliin, jolloin saadaan selville kappaleen nopeus Käyttökohteita esimerkiksi sukellusveneen nopeus puna ja sinisiirtymä tähtitieteellisten kappaleiden liikkeen ja lämpötilan mittaamisessa

poliisin nopeusvalvontaan käyttämä doppler tutka terveydenhuollossa EKG, sikiön sydänäänten seuraaminen sekä virtauksen mittaaminen verisuonissa sadepisaroiden ja lumihiutaleiden liike säätutkassa 8 a) ei, b) kyllä, c) kyllä, d) ei 9 Siirtymällä kauemmas äänenlähteestä ja käyttämällä kuulosuojaimia kuten korvatulppia tai kuppikuulosuojaimia Melun syntymistä voi yrittää ehkäistä Altistusta melulle voi estää akustiikalla ja rajoittamalla melualtistuksen kestoa 20 valosähköinen ilmiö, missä Einsteinin mukaan valon on käyttäydyttävä hiukkasmaisesti, fotoneina, voidakseen irrottaa valaistusta metallista elektroneita (E=hf) mustan kappaleen säteily, missä Planck selitti spektrin muodon sillä, että valo säteilee diskreetteinä paketteina, ei jatkuvina aaltoina Comptonin sironta, missä Compton havaitsi, vastoin klassisen fysiikan selitystä, elektromagneettisen säteilyn (valon) aallonpituuden muuttuvan fotonin törmätessä väliaineen elektroniin 2 Värisokean silmän verkkokalvolla olevat väriä aistivat tappisolut joko toimivat puutteellisesti tai puuttuvat kokonaan Normaali silmä aistii punaisen, vihreän ja sinisen eri yhdistelmiä, värisokea silmä vain jotain tai ei mitään Täydellisessä värisokeudessa värit aistitaan harmaan eri sävyinä Yleisin värisokeuden muoto on punaviher tai viherpunasokeus, joissa punaisen tai vihreän värin aistiminen on puutteellista Harvinaisempia muotoja on sinisen värin puutteellinen aistiminen 22 f = r / 2 =,0 m / 2 = 0,50 m = 50 cm Reunalle osunut valo heijastuu suuremmassa kulmassa ja sen polttopiste on lähempänä peiliä 23 m = k / e => k = m e =,5 0 cm = 5 cm

24 D = / f => f = /D = / 2 = 0,50m = 50 cm Kovera