FI – Fysiikka

1.1 Täydennä virke. 2 p.

Maa kohdistaa Kuuhun gravitaatiovoiman, joka on suuruudeltaan    pienempi suurempi yhtä suuri kuin voima, jonka Kuu kohdistaa Maahan.

1.2 Täydennä virke. 2 p.

Kappale, johon kohdistuvien voimien summa on eri suuri kuin nolla, on    tasaisessa liikkeessä kiihtyvässä liikkeessä paikallaan .

1.3 Täydennä virke. 2 p.

Kappaleeseen kohdistuvan kokonaisvoiman impulssi on yhtä suuri kuin kappaleen    kiihtyvyyden nopeuden voiman liike-energian liikemäärän muutos.

1.4 Täydennä virke. 2 p.

Energia on    vektorisuure skalaarisuure energialajista riippuen skalaari- tai vektorisuure .

1.5 Täydennä virke. 2 p.

Jos lämpöeristettyyn ideaalikaasuun tehdään työ W, sen lämpötila    pysyy vakiona laskee nousee .

1.6 Täydennä virke. 2 p.

Jos kaksi sähköisesti varattua hiukkasta hylkii toisiaan, niillä on oltava    yhtä suuret erimerkkiset samanmerkkiset eri suuret varaukset.

1.7 Täydennä virke. 2 p.

Ääniaalto etenee ilmassa    sähkömagneettisena poikittaisena seisovana pitkittäisenä aaltoliikkeenä.

1.8 Täydennä virke. 2 p.

Kahdesta käämistä koostuvalla muuntajalla muutetaan    tasajännitteen suuruutta vaihtojännitteen taajuutta vaihtojännitteen suuruutta .

1.9 Täydennä virke. 2 p.

Ohutta metallikalvoa säteilytetään ionisoivan säteilyn eri lajeilla. Eniten ionisaatiota aiheuttaa   \beta^{-}\gamma\beta^{+}\alpha -säteily.

1.10 Täydennä virke. 2 p.

Ilmaston lämpenemiseen vaikuttaa erityisesti se, että kasvihuonekaasut absorboivat tehokkaasti    ultraviolettialueella näkyvän valon alueella mikroaaltoalueella infrapuna-alueella olevaa sähkömagneettista säteilyä.

2.1 Laadi graafinen esitys raketin vauhdista ajan funktiona. Laadi esitys siten, että siinä näkyvät aineiston pisteet ja että siitä voi lukea raketin vauhdin millä tahansa ajanhetkellä aikavälillä 0 s – 1 500 s. 5 p.

2.2 Kuinka pitkän matkan raketti kulki radallaan aikavälillä 0 s – 1 500 s? 5 p.

2.3 Kuinka suuri oli raketin kiihtyvyys radallaan aikavälillä 700 s – 1 400 s? 5 p.

3.1 Miksi energian siirtyminen kylmästä ulkoilmasta lämpöä siirtävään aineeseen on mahdollista ulkoyksikössä? 1 p.

3.2 Mitä lämpöä siirtävälle aineelle tapahtuu, kun se on höyrystimessä? 2 p.

3.3 Lämpöpumpun sähköteho on 1 000 W. Oikea suuruusluokka lämpöpumpun lämmitysteholle on 2 p.

3.4 Jääkaappi tarvitsee toimiakseen sähköenergiaa. Mitä tapahtuu jääkaapin sähkönkulutukselle, jos huoneen lämpötila pysyvästi nousee? 2 p.

3.5 Käynnissä olevan jääkaapin ovi unohdetaan auki pitkäksi aikaa. Mitä huoneen lämpötilalle tapahtuu? 2 p.

3.6 Mikä seuraavista kaavioista esittää lämmönsiirtokoneen toimintaperiaatetta? Kaavion nuolet esittävät suuntaa, johon energia siirtyy, ja keltainen laatikko esittää itse konetta. 2 p.

En vastaa.

3.7 Mikä seuraavista graafeista esittää ideaalisen lämmönsiirtokoneen toimintaa? Aine on tässä tilanteessa koko ajan kaasua. 2 p.

En vastaa.

3.8 Eräässä ideaalisen lämmönsiirtokoneen työvaiheessa aineeseen tehdään työtä, mutta sen ja ympäristön välillä ei siirry lämpöä. Aine pysyy kaasuna koko tämän työvaiheen ajan. Mitä kaasun lämpötilalle ja tilavuudelle tapahtuu? 2 p.

4.1 Kuvassa 4.A on esitetty kondensaattorilevyjen välinen jännite ajan funktiona. Täydennä kuvan 4.B keskeneräinen kytkentäkaavio siten, että piirillä voisi tuottaa kuvan 4.A mukaisen kuvaajan. Käytä kahta kytkintä, johtimia, vastusta sekä jännitemittaria. Voit hyödyntää komponenttien kuvia 4.C, 4.D ja 4.E. Selitä, miten mittaus toteutetaan täydentämälläsi piirikaaviolla ja missä järjestyksessä kytkimiä suljetaan tai avataan. 8 p.

4.2 Onko virran suunta kuvan 4.B pisteessä P ylös- vai alaspäin varautumiskäyrän ajanhetkillä t₁ ja t₂? 4 p.

4.3 Miten muuttaisit piirin komponentteja, jos haluat hidastaa kondensaattorin varautumista ja purkautumista? 3 p.

5.1 Laadi graafinen esitys kynttilän pituudesta ajan funktiona. Esitä graafissa aineiston pisteet ja mittausaineistoon sopiva malli. 5 p.

5.2 Toinen samanlainen kynttilä poltetaan täynnä vettä olevassa maljakossa, jossa kynttilä kelluu, kuten aineistossa 5.B näkyy. Jotta kynttilä pysyisi pystyssä, sen tyveen kiinnitetään painoksi metallirengas, jonka massa on 3,5 g. Voit olettaa renkaan tilavuuden pieneksi. Kuinka kauan kynttilä palaa maljakossa? Voit hyödyntää aineiston 5.C voimakuviota ja osatehtävässä 5.1 tekemääsi graafista esitystä. 10 p.

6.1 Mikä on intensiteettitaso, kun viisi ihmistä rapistelee kukin omaa sipsipussiaan samanaikaisesti 1,0 metrin etäisyydellä mittarista? 4 p.

6.2 Tuotekehityksellä rapisteluäänen intensiteettitaso saatiin laskettua 75 desibeliin. Kuinka monta prosenttia äänen intensiteetti oli tällöin alkuperäisestä intensiteetistä? 3 p.

6.3 Arvioi, millä etäisyydellä alkuperäisen sipsipussin intensiteettitaso (95 dB) vastaa tuulen huminaa, jonka intensiteettitaso on 30 dB. 5 p.

6.4 Miksi osatehtävässä 6.3 laskettu etäisyyden arvio ei ole realistinen käytännön tilanteessa? 3 p.

7.1 Selitä, miten jännite syntyy. 4 p.

7.2 Johda induktiolaista lähtien lauseke |e|=NBA\omega käämiin indusoituvan jännitteen huippuarvolle. Lausekkeessa N on käämin kierroslukumäärä, B kestomagneetin magneettivuon tiheys, A käämin pinta-ala ja \omega käämin kulmanopeus. 4 p.

7.3 Simulaatio generaattorin tuottamasta jännitteestä on aineistossa 7.B. Voit säätää simulaatiossa pyörimisnopeutta, jolla isoa vetopyörää pyöritetään, ja lukea arvoja Ut-kuvaajasta, jossa U on käämin jännite. Neliön muotoisessa käämissä on 150 kierrosta ja käämin sivun pituus on 6 cm. Määritä simulaation avulla magneettivuon tiheys käämin kohdalla. 7 p.

8.1 Artikkeli 8.A kuvaa ensimmäisessä maailmansodassa käytettyjä siirrettäviä röntgenkuvauslaitteita. Miksi röntgenlaitteita ei tuolloin voitu useinkaan kytkeä suoraan sähköverkkoon? 2 p.

8.2 Säteily voitiin havaita kuvalevyllä tai fluoroskoopilla. Fluoroskoopissa oli lasilevy, joka oli päällystetty fluoresoivalla aineella, ja sen läpi voitiin katsoa potilaan röntgenkuvaa esimerkiksi kuvassa 8.B esitetyllä tavalla. Ensimmäisen maailmansodan aikana molempien menetelmien käyttö oli perusteltua. Kumpaa tapaa käyttäisit itse nykypäivänä ja miksi? 5 p.

8.3 Miksi aineistoissa 8.A kuvattuja vammoja tai keuhkosairauksia voidaan havaita röntgenkuvantamisella? Aineistossa 8.C on esimerkki influenssapotilaan röntgenkuvasta vuodelta 1918. 8 p.

9.1 Mitä fotonille tapahtuu, ja mihin sen energia siirtyy valosähköilmiössä ja parinmuodostuksessa? 6 p.

9.2 Comptonin ilmiössä fotoni siroaa elektronista. Sironneen fotonin energia on E^\ast=\frac{E}{1+\frac{E}{m_ec^2}(1-\cos\theta)} jossa E on alkuperäisen fotonin energia, \theta on siroamiskulma ja m_e on elektronin massa. Mikä on suurin liike-energia, jonka elektroni voi saada fotonilta, kun 662 keV:n fotoni siroaa siitä? 6 p.

9.3

Kahdella erilaisella tilavuudeltaan pienellä ilmaisimella havaittiin Cs-137-säteilylähteen tuottamaa 662 keV:n gammasäteilyä. Toinen ilmaisimista on tehty muovista, ja toinen taas sisältää vismuttia, germaniumia ja happea. Ilmaisimilla saadut energiaspektrit on esitetty kuvassa 9.B, jossa N on havaittujen tapahtumien lukumäärä eri energioilla.

Molemmat ilmaisimet ovat niin sanottuja tuikeilmaisimia, joissa nopeasti liikkuvan varatun hiukkasen aiheuttama ionisaatio synnyttää näkyvää valoa. Syntyneen valon määrä on verrannollinen ionisoivan hiukkasen liike-energiaan. Ilmaisimet eivät siis suoraan havaitse gammasäteilyä vaan säteilyn välillisesti aiheuttaman ionisaation.

Selitä, mitä on todennäköisimmin tapahtunut ilmaisimissa, kun spektreihin on ilmaantunut tapahtumia alle 400 keV:n alueelle. Mitä on todennäköisimmin tapahtunut kuvan 9.B spektrin A ilmaisimessa, kun spektriin on ilmaantunut tapahtuma noin kohtaan 660 keV? Kumpi kuvan 9.B spektreistä (A/B) on muovista valmistetun ilmaisimen spektri? Voit olettaa, että gammafotoni vuorovaikuttaa ilmaisimessa vain kerran.

8 p.

10.1

Mitkä ovat työn päävaiheet ja niissä tehtävät mittaukset? Miten määrität mittaustuloksista parafiinin ominaissulamislämmön?

Esitä tarvittavat suureyhtälöt. Jos tarvitset graafista esitystä tuloksen määrittämiseen, hahmottele sellainen olettamistasi mittaustuloksista. Halutessasi voit käyttää apuna aineiston 10.A piirrospohjaa.

Mitkä numeroidun listan välineistä tarvitset tässä työssä? Anna niistä luettelo.

14 p.

10.2 Vertaat lopuksi mittauksista saamaasi sulamislämmön arvoa kirjallisuusarvoon. Luettele kolme tärkeätä tekijää, jotka aiheuttavat mittaamaasi arvoon poikkeaman kirjallisuusarvosta. 6 p.

11.1 James Webb -teleskooppi sijoitettiin avaruuteen, jossa sen lämpötila saatiin alhaiseksi. Miksi alhainen lämpötila on olennainen tekijä infrapunasäteilyn havainnoinnissa? 3 p.

11.2 Miksi kuvassa 11.A näkyvä teleskoopin lämpösuoja ei ole yhtenäinen kerros, vaan koostuu viidestä erillään olevasta kerroksesta? 4 p.

11.3 Piirrä teleskoopin voimakuvio ja nimeä voimat. 4 p.

11.4 Teleskoopin etäisyys Maasta on 1,5 miljoonaa kilometriä. Perustele tämä osoittamalla, että Newtonin II laki toteutuu kyseisellä etäisyyden arvolla. 9 p.