Transcript tuntikooste
Fysiikka
Kurssi 1
Mittaaminen
Mittaaminen on ihmiselle luontaista
Mitataan mm.
– aikaa, lämpötilaa, matkaa, massaa
Mittaaminen tarkoittaa sitä, että katsotaan
kuinka monesti mitta sisältyy mitattavaan
kohteeseen.
copyright©HO2007
Mittaaminen
Fysiikassa mittaussarjojen avulla pyritään
löytämään säännönmukaisuuksia ja
luomaan malleja.
Fysiikassa tutkittava kohde on kappale.
(elollinen tai eloton)
Kappaleiden ja ilmiöiden mitattava
ominaisuus on suure.
suure = lukuarvo · yksikkö
copyright©HO2007
Mittaaminen
Perussuureita
– aika
– pituus
– massa
tunnus
t
l
m
Johdannaissuureita
– nopeus
v
– pinta-ala
A
copyright©HO2007
yksikkö
s
m
kg
m/s
m2
Värähdys- ja aaltoliike
Jaksollisessa liikkeessä yksittäinen värähtelijä
palaa aina tietyn ajan kuluttua samaan paikkaa.
Aikaa, joka yhteen liikejaksoon kuluu, sanotaan
värähdysajaksi.
Taajuus kertoo värähdysten lukumäärän tietyssä
ajassa. Yleensä taajuuden yksikkönä käytetään
hertsiä (Hz), joka kertoo värähdysten
lukumäärän sekunnissa (1/s = Hz)
copyright©HO2007
Värähdys- ja aaltoliike
Sydämen pumpatessa
verta 120 kertaa 60
sekunnissa on sydämen
– värähdysaika
– taajuus
60 s
0,5s
120
120
2 Hz
60 s
copyright©HO2007
Värähdys- ja aaltoliike
Kun yksittäinen värähtelijä saa vieressään
olevan värähtelijän värähtelemään ja tämä
taas seuraavan, syntyy aaltoliike.
Aaltoliike voidaan luokitella yksittäisten
värähtelijöiden värähtelysuunnan
perusteella.
copyright©HO2007
Poikittainen aaltoliike
Värähtely tapahtuu kohtisuorassa aallon
etenemissuuntaan nähden. (poikittain)
V
ä
r
ä
h
t
e
l
y
Aallon etenemissuunta
copyright©HO2007
Pitkittäinen aaltoliike
Värähtely tapahtuu aallon
etenemissuunnassa.
Linkki, josta pääset tekemään havaintoja
pitkittäisestä aaltoliikkeestä.
värähtely
Aallon etenemissuunta
copyright©HO2007
Ääni
Ääntä ei voi syntyä ilman värähtelijää.
Värähtelijä voi olla esim. jännitetty kalvo,
metallilanka tai ilmapatsas.
Värähtelijän synnyttämän äänen korkeus
riippuu värähtelytaajuudesta.
– Mitä suurempi taajuus, sitä korkeampi ääni.
copyright©HO2007
Äänen eteneminen
Ääni etenee pitkittäisenä aaltoliikkeenä.
Äänen etenemiseen tarvitaan väliaine,
esim. ilma tai vesi.
Tyhjiössä ääni ei etene. Avaruudessa ei voi
kuulla kaverin puhetta ilman radiolaitteita.
copyright©HO2007
Äänen nopeus
Äänen nopeus ei ole kaikissa väliaineissa
sama.
Ilmassa ääni etenee n. 340 metriä
sekunnissa.
– Vedessä n. 1500m/s, raudassa n. 5500m/s.
Ukkosella salamasta aiheutuva ääni
havaitaan valoa myöhemmin. Jos äänen
kuulemiseen kuluu 5 sekuntia, salama iski
5 · 340m = 1700 m etäisyydellä.
copyright©HO2007
Äänen voimakkuus
Äänen voimakkuus riippuu ääniaaltojen
kuljettaman energian määrästä.
Äänen voimakkuuden yksikkö on dB
(desibeli).
Yli 80dB jatkuva melu voi vahingoittaa
korvaa. Korvalle voi aiheutua pysyviä
vaurioita jo hetkellisestä 130dB äänestä.
copyright©HO2007
* Dopplerin ilmiö
Liikkeessä olevan äänilähteen eteenpäin
lahettämien aaltojen aallonpituus lyhenee,
kun taas taaksepäin lähetettyjen
aallonpituus kasvaa.
Ilmiön voit havaita esimerkiksi paloauton
ajaessa ohitsesi.
Linkki
copyright©HO2007
Valon ominaisuuksia
copyright©HO2007
Valon kulku
Valo on näkemisen edellytys
– Valoa saadaan valonlähteistä.
– Valo kulkee suoraviivaisesti
varjot
Valon kulkusuunta voi muuttua
– Näemme erilaisia kappaleita, koska valonlähteestä tullut valo heijastuu niistä silmiimme.
– Heijastuminen voi tapahtua eri tavoin erilaisissa
rajapinnoissa.
värit, peilikuvat,
– Tasaisista pinnoista valo heijastuu aina samalla
tavalla. (esim. kiillotettu metallipinta, lasi)
copyright©HO2007
Heijastuminen tasaisesta pinnasta
Tapahtuu aina heijastuslain mukaisesti
Tulokulma on yhtä suuri kuin heijastuskulma
Tasopeilin muodostama kuva on valekuva
– Ei saada näkymään varjostimella.
– Silmiin tuleva valo ei tule kuvasta peilin takaa,
vaan esineestä.
Tasopeilin muodostama valekuva
– Samalla etäisyydellä peilistä kuin esine
– Samankokoinen kuin esine
copyright©HO2007
Kovera peili
Kokoaa optisen akselin suuntaisesti peiliin
tulevat valonsäteet polttopisteeseen.
Jos valonlähde polttopisteessä saadaan
aikaan yhdensuuntainen valokeila.
Kuvan muodostaminen
– Jos esine lähempänä peiliä kuin polttopiste
suurennettu oikeinpäin oleva valekuva
– Jos esine kaukana peilipinnasta
väärinpäin oleva todellinen kuva
copyright©HO2007
Kupera peili
Hajottaa optisen akselin suuntaisesti tulleet
valonsäteet siten, että kuvitellut valonsäteiden jatkeet leikkaavat valepolttopisteessä.
Kuperan peilin muodostama kuva on aina
pienennetty oikeinpäin oleva valekuva.
copyright©HO2007
Valon taittuminen
Kun valo kulkee kahden eri aineen rajapinnan läpi
vinosti, ts. tulokulma on nollasta poikkeava, niin
valon kulkusuunta muuttuu.
Ilmiön voi havaita hyvin osittain vedessä ja
osittain pinnan yläpuolella olevaa esinettä, esim.
airoa, katsellessa.
Saman ilmiön voit havaita myös vedellä täytetyssä
juomalasissa tai maljakossa. Kuva vääristyy valon
taittumisen vuoksi.
copyright©HO2007
Valon taittuminen
Eri aineet taittavat valoa eri tavalla. Mitä
enemmän valon kulkusuunta muuttuu, sitä
suurempi on aineen optinen tiheys.
Tulokulma = tulevan valonsäteen ja pinnan
normaalin välinen kulma. (kuten heijastuksessa)
Taitekulma = taittuneen valonsäteen ja
pinnan normaalin välinen kulma.
copyright©HO2007
Valon taittuminen
Voit tarkastella valon taittumista veden ja
ilman rajapinnassa tästä linkistä.
Kääntelemällä lamppua näet miten valo
taittuu rajapinnassa.
Optisesti tiheämmässä aineessa (vesi) valo
kulkee aina lähempänä pinnan normaalia,
kuin optisesti harvemmassa aineessa (ilma).
– Ei riipu valon kulkusuunnasta!
copyright©HO2007
Kokonaisheijastus
Osa valosta heijastuu rajapinnasta heijastuslain
mukaisesti. Kun käännät lamppua riittävän
suureen kulmaan, valo ei enää pääse ollenkaan
rajapinnan läpi, vaan heijastuu kokonaan takaisin.
Kokonaisheijastus
Kokonaisheijastus voi tapahtua ainoastaan, kun
valo tulee optisesti tiheämmästä aineesta
optisesti harvempaan aineeseen (esim. vedestä
tai lasista ilmaan).
copyright©HO2007
Kuvia
Aine 1
Rajapinta
aine2
Yhdensuuntaissiirtymässä taittumiset (yhtä
suuria) tapahtuvat kahdessa rajapinnassa.
rajapintojen
normaalit
Huomaa valonsäteiden
kulku! AINA optisesti
tiheämmässä lähempänä
pinnan NORMAALIA.
copyright©HO2007