Intensiteettitaso ja Doplerin ilmiö



Samankaltaiset tiedostot
Äänen nopeus pitkässä tangossa

4.3 Liikemäärän säilyminen

PD-säädin PID PID-säädin

7. Pyörivät sähkökoneet

Kertausosa. 2. Kuvaan merkityt kulmat ovat samankohtaisia kulmia. Koska suorat s ja t ovat yhdensuuntaisia, kulmat ovat yhtä suuria.

LUKION FYSIIKKAKILPAILU avoimen sarjan vast AVOIN SARJA

Fy07 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1 / 5

SMG-4200 Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto Harjoituksen 1 ratkaisuehdotukset

RATKAISUT: 7. Gravitaatiovoima ja heittoliike

S Piirianalyysi 2 Tentti

KUINKA PALJON VAROISTA OSAKKEISIIN? Mika Vaihekoski, professori. Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Kertaustehtäviä. Luku 1. Physica 3 Opettajan OPAS

12. ARKISIA SOVELLUKSIA

12. laskuharjoituskierros, vko 16, ratkaisut

Y56 Laskuharjoitukset 3 palautus ma klo 16 mennessä

Viikkotehtävät IV, ratkaisut

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 4 Ratkaisuehdotuksia. Tehtäväsarja I

POSITIIVISEN LINSSIN POLTTOVÄLI

S FYSIIKKA IV (ES), Koulutuskeskus Dipoli, Kevät 2003, LH2. f i C C. λ 2, m 1 cos60,0 1, m 1,2 pm. λi λi

RATKAISUT: 17. Tasavirtapiirit

S Piirianalyysi 2 Tentti

MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2004

Fysiikkakilpailu , avoimen sarjan vastaukset AVOIN SARJA

RATKAISUT: 8. Momentti ja tasapaino

Tilastotieteen jatkokurssi 8. laskuharjoitusten ratkaisuehdotukset (viikot 13 ja 14)

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

S Fysiikka III (Est) Tentti

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Jakso 4: Dynamiikan perusteet jatkuu, työ ja energia Näiden tehtävien viimeinen palautus- tai näyttöpäivä on maanantaina

X 2 = k 21X 1 + U 2 s + k 02 + k 12. (s + k 02 + k 12 )U 1 + k 12 U 2. s 2 + (k 01 + k 21 + k 02 + k 12 ) s + k

1 x 2 1 x 2 C 1 D. 1 x 2 C 1. x 2 C 1 C x2 D x 2 C 1; x 0: x 2 C 1 C 1. x 2 x 4 C 1 ja. x 4 C 1 D.x4 1/.x 4 C 1/

b) Laskiessani suksilla mäkeä alas ja hypätessäni laiturilta järveen painovoima tekee työtä minulle.

RATKAISUT: 3. Voimakuvio ja liikeyhtälö

C B A. Kolmessa ensimmäisessä laskussa sovelletaan Newtonin 2. ja 3. lakia.

Physica 9 1. painos 1(8) 20. Varattu hiukkanen sähkö- ja magneettikentässä

Metallikuulan vieriminen kaltevalla tasolla

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

1 LAMMIMUURIN RAKENNE JA OMINAISUUDET 2 2 KÄYTTÖKOHTEET 2 3 MUURITYYPIT 2 4 LASKENTAOTAKSUMAT Materiaalien ominaisuudet Maanpaine 3 4.

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

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku. Tilastolliset testit. Avainsanat:

1. Oheinen kuvio esittää kolmen pyöräilijän A, B ja C paikkaa ajan funktiona.

S Piirianalyysi 2 2. välikoe

2.1 Ääni aaltoliikkeenä

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

LUKION FYSIIKKAKILPAILU , ratkaisut PERUSSARJA

Luottamusmiehen / -valtuutetun valinta, asema ja oikeudet

METSÄNTUTKIMUSLAITOS. tutkimusosasto. Metsäteknologian WÄRTSILA. Kenttäkoe. Tutkimusselostus

Triathlon Training Programme 12-week Sprint Beginner

Harjoitustehtävien vastaukset

5.3 Ensimmäisen asteen polynomifunktio

RATKAISUT: Kertaustehtäviä

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

( ) ( ) 14 HARJOITUSTEHTÄVIÄ SÄHKÖISET PERUSSUUREET SÄHKÖVERKON PIIRIKOMPONENTIT

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

gallup gallup potentiaali ja voima potentiaali ja voima potentiaali ja voima potentiaali ja voima

10 Suoran vektorimuotoinen yhtälö

Viivakuormituksen potentiaalienergia saadaan summaamalla viivan pituuden yli

Havainnoi mielikuviasi ja selitä, Panosta ajatteluun, selvitä liikkeen salat!

Potenssi eli potenssiin korotus on laskutoimitus, jossa luku kerrotaan itsellään useita kertoja. Esimerkiksi 5 4 = Yleisesti.

MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2010

Valo-oppia. Haarto & Karhunen.

RATKAISUT: 9. Pyörimisen peruslaki ja pyörimismäärä

rad s rad s km s km s

Kuva 22: Fraktaalinen kukkakaali. pituus on siis 4 AB. On selvää, että käyrän pituus kasvaa n:n kasvaessa,

5.2 Ensimmäisen asteen yhtälö

Radioyhteys: Tehtävien ratkaisuja. 4π r. L v. a) Kiinteä päätelaite. Iso antennivahvistus, radioaaltojen vapaa eteneminen.

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

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

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

DIGITAALISET PULSSIMODULAATIOT M JA PCM A Tietoliikennetekniikka I Osa 21 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

1 Määrittele lyhyesti seuraavat käsitteet. a) Kvantisointivirhe. b) Näytetaajuuden interpolointi. c) Adaptiivinen suodatus.

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

S Piirianalyysi 2 Tentti

KOE 2 Ympäristöekonomia

MATEMATIIKKAKILPAILU

Infrapunaspektroskopia

JÄÄMEREN RAUTATIE ROVANIEMI-KIRKKONIEMI

DIGITAALISET PULSSIMODULAATIOT M JA PCM

Valo kulkee pitkin geodeettia eli siten, että 4-ulotteinen pituus 2 on minimissään:

S if b then S else S S s. (b) Muodosta (a)-kohdan kieliopin kanssa ekvivalentti, so. saman kielen tuottava yksiselitteinen.

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

763105P JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 1 Ratkaisut 4 Kevät 2016


Induktio, jonot ja summat

MEKANIIKAN TEHTÄVIÄ. Nostotyön suuruus ei riipu a) nopeudesta, jolla kappale nostetaan b) nostokorkeudesta c) nostettavan kappaleen massasta

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Kahdeksansolmuinen levyelementti

RATKAISUT: 14. Aaltoliike, heijastuminen ja taittuminen

FYSIIKAN HARJOITUSKOE I Mekaniikka, 8. luokka

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

MAA1 päässälaskut. Laske ilman laskinta tälle paperille. Kirjaa myös välivaihe(et).

Kahdeksansolmuinen levyelementti

Aaltoliike ajan suhteen:

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

521384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 5

SÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN

KERTAUS KERTAUSTEHTÄVIÄ K1. P( 1) = 3 ( 1) + 2 ( 1) ( 1) 3 = = 4

MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2002

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

Transkriptio:

Inteniteettitao ja Doplerin ilmiö Tehtävä Erkki työkentelee airaalaa. Sairaalalta 6,0 km päää on tapahtunut tieliikenneonnettomuu ja onnettomuupaikalta lähteneen ambulanin ireenin ääni kuuluu Erkille 60,0 db inteniteettitaolla. Neljän ja puolen minuutin kuluttua ireenin ääni kuuluu Erkille 75 deibelin inteniteettitaolla. Kuinka kaukana ambulani tällöin on? Jo ambulanin kekinopeu pyyy koko matkan ajan amana, milloin ambulani aapuu airaalalle? Kuinka monta proenttia äänen inteniteetti kavaa, kun inteniteettitao nouee 60,0 deibelitä 75 deibeliin? Eimerkkivatau β 60, 0dB β 75dB 6, 0km 6000m t, 5min 60 min 70 () β 0lg I I I 0 0 β 0, miä I0 0 W I 0 m. Liäki tiedetään, että inteniteetti heikkenee uhteea etäiyyden neliöön. Tätä aadaan kaki yhtälöä: I k I k I I I I I I 6000m, 00 0 6 W m 3, 63 0 5 W m Laketaan ambulanin kekimääräinen nopeu: v k t t 6000m 066, 96m 70 Tällä nopeudella jäljellä olevaan matkaan kuluu aikaa: t v k 066, 96m 8, 705 58, 398 58. 066, 96m, km. 8, 705 m.

Koko matkaan ambulanilta kuluu aikaa 70 + 58 38 eli noin viii ja puoli minuuttia. Inteniteetin kavu aadaan inteniteetin muutoken ja alkuperäien inteniteetin uhteeta: I I I Tehtävä 00% 3, 63 0 5 W m, 00 0 6 W m, 00 0 6 W m 00% 306, 3% 300%. Lepakkoarmeija on tehnyt invaaion airaalan parkkihalliin. Erä näitä lentävitä niäkkäitä lentää uoraan kohti parkkihallin peräeinää. Lepakko päätää ultraäännähdyken, jonka taajuu f 0 5, 0 khz. Äänen kaiun taajuuden lepakko kuulee 0,30 ekunnin kuluttua taajudella f kuultu 6, 3 khz. Kuinka kaukana einätä lepakko on kuulleaan kaiun? Äänennopeu parkkihallin ilmaa v aani on 30 m. Eimerkkivatau Kuva : äänen kulkema matka, lepakon kulkema matka, x lepakon etäiyy einätä en kuullea kaiun t 0, 30 f 0 5000 f kuultu 6300 v aani 30 m Aluki elvitetään lepakon nopeu. Tämä aadaan helpoiten Doplerin yhtälötä (yhtälö ): () f kuultu f 0 v aani + v lepakko v aani v lepakko.

f kuultu (v aani v lepakko ) f 0 (v aani + v lepakko ) (f 0 + f kuultu )v lepakko (f kuultu f 0 )v aani v lepakko f kuultu f 0 f 0 + f kuultu v aani 6300 5000 6300 + 5000 30m 8, 6598 m. Lepakon nopeudella ja kuluneen ajan peruteella aadaan lakettua lepakon kulkema matka : v lepakko t 8, 6598 m 0, 30, 588m. Äänen kulkema matka aadaan lakettua kuluneen ajan ja äänennopeuden tulona: v aani t 30 m 0, 30 0m. Kuvata nähdään x:n määräytyminen :n ja :n peruteella: x 0m, 588m 9, 708m 50m (kahden merkitevän numeron tarkkuudella). Tehtävä 3 Erkillä on kiire töitä kotiin. Hän ajaa rakettireellään, joka kulkee nopeudella c, miä c 3, 0 3 08 m. Matkallaan Erkki kuitenkin pyäytetään poliiin toimeta. Poliii väittää Erkin ajaneen punaiia päin. Pitääkö poliiin väite Erkin mieletä paikkana eli minkä värienä Erkki näki valot? Jo Erkki olii aanut jatkaa matkaana pyähtymättä ja olii vilkaiut taakeen, miltä valot oliivat Erkitä illoin näyttäneet? Punaien valon aallonpituu λ pun on 70 nm. Eimerkkivatau 3 Vaikka Cerniä on väitetyti havaittu valoa nopeampi hiukkanen, perutuu nykyfyiikka ja pääykoefyiikka olettamukeen valonnopeuden vakioarvota tyhjiöä. Lukioakin ivutaan modernia fyiikkaa ja uhteelliuuteoriaa 3

ja tuodaan ilmi, että valonnopeu on vakio kaikia inertiaalikoordinaatitoia eli havaitijan nopeu ei vaikuta valonnopeuteen. Tämä ei välttämättä ole pääykokeen kannalta olennaiinta fyiikkaa, mutta valotetaan hieman kuitenkin. Eli jo liikkuiin fotonin mukana valonnopeudella ja vataani tulii toinen fotoni, niin Galilein ja Newtonin mukaan lähetyiimme toiiamme kakinkertaiella valonnopeudella. Johtuen uhteelliuuteorian perupilarita eli valonnopeuden vakioiuudeta todellinen uhteellinen nopeutemme on edelleen taan valonnopeu. Toinen eimerkki: jo kaki rakettia lähetyy maapalloa vatakkaiita uunnita uhteelliella nopeudella 0, 8c maapallon uhteen, niin toitena uhteen raketit eivät liiku nopeudella, 6c vaan likimain 0, 9756c. Tää tehtävää ei kuitenkaan tarvite uhteelliuuteoreettiia nopeukia mietikellä en enempää, koka vain yki oapuoli liikkuu valoa hitaammin (Erkin kiei uhteea maahan). Valolähteenä toimivat liikennevalot pyyvät paikallaan uhteea maahan ja niiden lähettämä valo liikkuu valonnopeudella, joka on vakio. Sitten paneudutaan ite tilanteeeen. Liikennevalot lähettävät jatkuvati valoa, joka näkyii liikennevalojen uhteen hitaati liikkuvalle ihmielle punaiena (aallonpituu 70 nm taajuu, 6667 0 Hz). Kun Erkki lähetyy valoja huimalla nopeudellana, hän tavallaan törmää ueampana ajanhetkenä liikkeelle lähteneeeen fotoniin kuin liikennevalojen uhteen paikallaan pyyvä havaitija. Erkin verkkokalvoille ii pakkaantuu tihempään fotoneja kuin paikallaan olevan havaitijan ilmiin. Fotonivirran tihey tarkoittaa käytännöä taajuutta. Jo valo ajatellaan aaltomaiena liikkeenä, niin Erkin mieletä aaltoliike aavuttaa huippuna ja aallonpohjana tiheämmin kuin paikallaan olevan havaitijan mieletä. Erkki ii kokee valon uurempi taajuieki kuin e poliiin mieletä on. Miten tämä Erkin kokema valo itten voidaan lakea? Tilanne voidaan pelkitää iten, että Erkki on enin paikallaan liikennevalojen uhteen. Tällöin hän kokee valon taajuudella: f 0 c 3, 0 08 m λ pun 70 0 9 m, 6667 0. Sitten Erkkin ajatellaan liikkuvan ja liikennevalojen lähettämien valoaaltojen ajatellaan olevan paikallaan. Tällöin aadaan laketuki Erkin liikkeetä aiheutuva, pakkaantuva taajuu f pak : f pak c 3. λ pun Erkin kokokema kokonaitaajuu on näiden kahden taajuuden umma:

f koettu f 0 + f pak c λpun + λ pun 3 c c 3 λpun f 0 3, 6667 0 3 5, 55556 0. Johtuen aalto-opin peruyhtälötä f λ v, miä v c tää tapaukea, kulkevat taajuuden ja aallonpituuden muutoket käikädeä, mikäli nopeu pyyy vakiona. Erkin kokeman valon aallonpituu: λ v f 3, 0 0 8 m 50nm. 5, 55556 0 Sikäli on aman tekevää ilmoittaako Erkin näkemän värin taajuualueen vai aallonpituuden mukaan - amata aiata on kye. Erkki näkee valon vihreänä. Tämä tehtävä on iinä mieleä jännä, että e pureutuu Doplerin ilmiöön aika vekkulita uunnata. Tehtäväähän on kye ainoataan Dopleriirtymätä ja koko tehtävä voidaan ratkaita Doplerin yhtälöllä: f f 0 c + 3 c c 0. Yhtälöön näyttää tulevan nopeu c, mutta e ei ole kahden objektin välinen uhteellinen nopeu vaan termi, joka kuvaa nimenomaan tuota fotonivir- 3 ran tai aaltojen pakkaantumita. Vataavalla tavalla voidaan lakea tähtien punaiirtymitä tai iniiirtymitä niiden loittonemi- tai läheneminopeukia maan uhteen. Kun Erkki ohittaa valot ja katoo taakeen, kokee hän aallonpituuden: f koettu f 0 c 3 c c 0, 6667 0 3, 77778 0. Tämä vataa aallonpituutta: λ c f 3, 0 0 8 m 00nm,, 77778 0 joka on ihmien näköalueen ulkopuolella. Erkki ei ii näkii valon palavan. 5