Exam text content

FYS-1101 Insinöörifysiikka II (Petri Kaukasoina)
2. välikoe, 12.12.2014

 

Kokeessa saa käy skinta, joka ei ole ohjelmoitava.

Huom! Kirjoita vastauspaperin yläreunaan joko *2. VÄLIKOE”, *TENTTT' tai
*2. VÄLIKOE JA TENTTT”. Välikokeen suorittajat vastaavat tehtäviin 1-5,
tentin suorittajat tehtäviin 3-7 ja molempia samanaika i
kaikkiin tehtäviin. (Tai jos haluat suorituksen opintoji
fysiikka IIb, mainitse siitä, ja vastaa vain tehtäviin 1—4).

 

   

1. Avaruusasema kulkee suoraan maata kohti vauhdilla 0.600c maan suhteen.
Avaruusasemalta laukaistaan luotain kohti maata vauhdilla 0.750c avaruusaseman
suhteen. Laske luotaimen vauhti maan suhteen.

  

2. Väriainelaserin orgaanisessa väriainemolekyyli:
maan molekyyliä pitkin vapaasti päästä päähän, mutta ei pääse molekyylistä pois.
Halutaan, että emittoituvan valon aallonpituus on 550 nm (vihreää valoa), kun
elektroni siirtyy ensimmäiseltä tetyltä tilalta perustilalle. Laske tarvittavan mo-
lekyylin pituus.

 

 

3. Valitse kuhunkin kohtaan a-f oikea vaihtoehdoista A, B, ... . Tasan yksi
vaihtoehto on oikein joka kohdassa. Ei perusteluja. Oikeasta vastauksesta 1 p;
puuttuvasta vastauksesta 0 p.

a) Youngin kokeessa valo kulkee kahden raon läpi (rakojen väli d) ja muodos-
tuu kirkkaita ja pimeitä juovia varjostimelle. Jos käytetäänkin kymmentä rakoa
(sama rakojen väli d), miten kuvio muuttuu? Kirkkaat juovat siirtyvät A. kauem-
maksi, B. lähemmäksi toisiaan, tai kirkkaat juovat pysyvät paikoillaan mutta ne
C. kapenevat, D. levenevät.

b) Hyvin nopea juna liikkuu Springfieldistä Shelbyvilleen päin. Matkan puo-

i 5 Springfieldistä että Shelbyvillestä tulee aikamerkki "kello on 12”.
Springfieldin aikamerkki tulee A. ennen, B. jälkeen, C. samaan aikaan Shelbyvillen
aikamerkkiin verrattuna.

€) Tutkit valosähköistä ilmiötä valaisemalla metallipintaa monokromaattisel-

sellä valolla. Kun kasvatat valon intensiteettiä pitäen valon värin samana,
kunnissa irtoavien elektronien lukumäärä kasvaa, B. elektronien

 

 

  

 

 

ineettinen

 

syntyy interferenssikuvio. Eräs elektroni sattuu osumaan varjostimen keskikohdan
yläpuolelle. Kyseisen elektronin on pitänyt A. kulkea ylemmän raon kautta, B.
kulkea alemman raon kautta, C. on mahdoton sanoa kumman raon kautta elektroni
on kulkenut tai se kulki molempien rakojen kautta.

e) Potentiaalilaatikossa hiukkasen löytymistodennäköisyysti!

 

 

 

laatikon reu-

 
  

 

nojen kohdalla on A. suurimmillaan, B. sama vakio kuin kaikkialla muuallakin, C.

 

£) Mitataan elektronin N eialäläsen kulmaliikemäärän suuruutta ja sen z-kom-
ponenttia. A. Sekä suuruudella että z-komponentilla on kaksi mahdollista eri arvoa.
B. Suuruudella on vain yksi mahdollinen arvo ja z-komponentilla on kaksi mahdol-
lista eri arvoa. C. Suuruudella on kaksi mahdollista eri arvoa ja z-komponentilla.
on vain yksi mahdollinen arvo. D. Sekä suuruudella että z-komponentilla on vain
yksi mahdollinen arvo.

 
 

 

 

4. Amerikium-241 on alfa-aktiivinen nuklidi, jonka puoliintumisaika on 432.2
vuotta. Sitä on palovaroittimessa. Ilma pääsee kulkemaan säteilylähteen läheltä,
jolloin ilmaa ionisoituu ja pieni sähkövirta kulkee ilman läpi. Savun hiukkaset
muuttavat kyseistä virtaa, mikä laukaisee hälytyksen. Laske palovaroittimen
tämien amerikium-ytimien lukumäärä, kun säteilylähteen aktiivisuus on 33 kBg.

  

 

hkökentän lauseke on

 

5. Tyhjiössä etenevän sähkömagneettisen aallon s

(120 V/m) cos[(1.2 rad/m)y + (3.6 « 105 rad/s)t] k.

a) Laske aallonpituus. b) Laske taajuus. c) Laske magneettikentän amplitudi. d)
Ylläolevan sähkökentän lausekkeen mukaan kosinin ollessa positiivinen sähkökent-
on yksikkövektorin * suuntainen. Minkä suuntainen magneettikenttä on kysei-
sessä kohdassa samaan aikaan?

 
 

6. Laske kuvan 1 piirin lähdejännite eli emf & ja vastuksen resistanssi R.

 

7. Johtimessa kulkee virta / = 12.0 A kuvan 2 mukaan. Johdin koostuu kahdes-
ta suorasta, pitkästä osasta ja R-säteisen ympyrän neljänneksestä (R = 0.230 m).
Laske virran aiheuttaman magneettikentän suuruus ja suunta pisteessä P lähtien
liikkeelle jostakin arkin kääntöpuolen peruslaista.

 

 

N]
—1R yr

Kuva 1. Kuva 2.

 

töpuolella!

 

 
 

 

 

5 n. n x

= lht E int Eo man" E vaki p =gd

7=px<E %p=JE-dÄ %p=f$E-dÄ=%5=d U = 71
» 5

V=2 V= i V= 14 v-W=fEd m-

 

 

 

 

 

 

169E? C=K0, €=Ke 1=% J=1 J=ngös E=/J
P(T) = poll + a(T — T0)] R=% V=IR P=Vsl Yl=0
YV=0 7=RC F=g40xB %p=JB-dÄ $B-dÄ-=
F=IIxB dF=IdxB 7=ixB [i=NIÄA B= "19
dB = 914 $B-dl = polena M = Pg B- Bo+6M

B = KmBo = Kmfo Xm=Km-1 $B-dl= (ic+<o*7P)ena
E=-%8 fE.d=-%2 L="0% &=-Lf U-=11P
i

p? = PEylet) PPy(x.t) 1 = E =
2110 05 olo 3 € Veono E cB EHl(z,t)=

Emax 3 cos(kx — wt) B(z,t) = Bmax k cos(kz—wt) u=eoE? S=
€0cE? 5 = = LE xB 1= Sn 5 €0cBmax” dsin0= mA dsin0=
(m + 3)A ddsin 0 TILA E LIN IUTNESn1] <=] hs LISEN

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1 dl J
JTY maa At = jAto 1=4%2 a = (sw)
yosy 7=2 = "1(t-u2/0) uw = s w= vii

=o NS = 5 == 2 E prima 2 m
ye P mii K+mc? K=(y-1)mc? E=

= hf) Kmax=hf-$ E=rc Momo
L=n NXN-A=-(1- 4050) - A= h/p Rh = h/2r E >
5 ARAt>5 KP TUY=y v = V2/Lsinnna/i)
OT) Sä ||?dz =1 v = Acoskz + Bsinkz = Ce" + De"
= (n + 1hw -K(5$+5%+5%)+U/=Fy E=-230W
L = V/l+1h = L; = mh S= /s(s+1)h S, = msh AM =
ZMu + Nmy -4M Ep =(ZMu+ Nm, -4 M) At) =-0
A(t) = AN(t) N(t) = Nye A= 22 Tmean=1 Alt)=Aoe"

1/2
0 = (Ma + Mp - Mc — Mp)?

 

 

Planckin vakio 6.6260755 + 1079 Js
elektronin massa 9.1093897 - 103! kg
alkeisvaraus 1.60217733 - 109 C

valon nopeus tyhjiössä = 2.99792458 - 108 m/s
tyhjiön permittiivisyys — €» = 8.854187817 - 10? F/m
tyhjiön permeabiliteetti o =47 +107 Tm/A

atomimassayksikkö 1 u = 1.660538782 - 10797 kg
Avogadron luku Na = 6.0221415 - 10 1/mol
pallon tilavuus inr3

pallon ala 4nr?

ympyrän ala ar?

ympyrän piiri 2mr