Skip to main content

Looduseuurimine

10 Füüsika ja tehnika

10.1 Valikkursuse lühikirjeldus

Kursus on üles ehitatud õpilasele jõukohaste füüsikalis-tehnoloogiliste probleemide lahendamisele. Õpilane teeb konkreetse probleemiga seonduvaid põhjendatud ja kompetentseid otsuseid, arvestades probleemi loodusteaduslikke, tehnoloogilisi, majanduslikke, sotsiaalseid ja eetilisi dimensioone. Seejuures hoitakse tasakaalus varasemates, eelkõige füüsika, ent ka teiste loodusainete kohustuslikes kursustes omandatud teadmiste rakendamine uutes kontekstides ning uute tehnoloogiliste teadmiste ja oskuste omandamine lähtuvalt nüüdisaja kõrgtehnoloogia väljatöötluste füüsikalisest sisust. Kursuse struktuur põhineb üldjuhul kolmeastmelisel mudelil: 1. probleemi tuvastamine (nt teravikmikroskoopias ilmnev vajadus teha kontrollitavaid nanoskoopilisi manipulatsioone); 2. probleeme lahendav ja sageli uurimuslikul käsitlusviisil põhinev uute teadmiste omandamine (piesoelektrikud ja nende omadused); 3. sobiva tehnoloogilise lahenduseni jõudmine (piesoelektrilised andurid ja täiturid). Palju kasutatakse praktilisi töid, millega määratakse peamiselt uuritava materjali või tehnilise seadme omadusi, kuid need võivad anda ka uusi füüsikalisi teadmisi. Kursuse õppesisu loetelus esitatakse 15 moodulit, igaüks mahuga 3–6 õppetundi. Nende hulgast valib õpetaja koostöös õpilastega enne selgitatud vajaduste või huvide põhjal kuni 8 moodulit. Moodulid on õppesisu loetelus esitatud nende käsitlemise soovitatavas järjestuses. Moodulite sisu uuendatakse pidevalt kooskõlas teaduse ja tehnoloogia arenguga ning teadmistepõhise ühiskonna vajadustega. Kui kohustusliku kursuse ja valikkursuse õppesisus on samad teemad, lisandub kohustusliku kursuse kvalitatiivkäsitlusele valikkursuses kvantitatiivkäsitlus.

10.2 Gümnaasiumi õppe- ja kasvatuseesmärgid

Valikkursusega taotletakse, et kursuse läbinud õpilane omandaks: 1. oma tõenäolises tulevases tehnilis-tehnoloogilises ametis kasulikke teadmisi; 2. oskuse tuvastada füüsikalis-tehnilisi probleeme tavaelus; 3. oskuse leida asjakohast ning usaldusväärset teavet meie tehnoloogilises keskkonnas ilmnevate probleemide lahendamise kohta; 4. loodusteadusliku meetodi, sh uurimusliku käsitlusviisi kasutamise probleeme lahendades; 5. oskuse teha põhjendatud tehnilis-tehnoloogilisi otsuseid lihtsamates situatsioonides; 6. loomingulise ja kriitilisel mõtlemisel baseeruva vaate tehnoloogilistele probleemidele; 7. suulise ja kirjaliku tehnoloogilise kommunikatsiooni oskusi; 8. loodusteaduslikke ja tehnoloogilisi teadmisi väärtustava hoiaku ning valmiduse elukestvaks õppeks; 9. oskuse hinnata tehnoloogilisi riske ning prognoosida uute tehnoloogiliste lahenduste mõju keskkonnale.

10.3 Õpitulemused

Kursuse lõpus õpilane: 1. oskab leida füüsikalis-tehnoloogilisi probleeme ja nende lahendusteid argielu situatsioonidest; 2. analüüsib ja teeb põhjendatud otsuseid valitud füüsikalis-tehnoloogilisi näidisprobleeme lahendades; 3. lõimib uued tehnoloogilised teadmised varem omandatud loodusteaduslike baasteadmistega ühtseks tervikuks; 4. kirjeldab mingi füüsikalis-tehnoloogilise probleemi parajasti kasutuses olevat lahendust ning analüüsib selle eeliseid ja puudusi; 5. analüüsib füüsikalis-tehnoloogiliste lahendustega kaasnevaid keskkonna- või personaalriske ja nende riskide minimeerimise võimalusi; 6. mõistab füüsikaliste loodusteaduste ning vastavate tehnoloogiate olemust ja kohta ühiskonnas ning suhestatust kooli loodusteaduslike õppeainetega; 7. on seesmiselt motiveeritud täiendama oma füüsikalis-tehnoloogilisi teadmisi terve elu vältel.

10.4 Õppesisu

  1. Aero- ja hüdrodünaamika. Keskkonna takistusjõud (5-6)[4,92]. Teised õhusõidukile mõjuvad jõud (5-6). Vedelike voolamine torudes (13: 8-10). Inimese ja looma vereringe, diastoolne ja süstoolne vererõhk (13: 10, 12, 14, 18-8). Hüdroturbiin (29-4).

    5: 6 13: 8-14 (ainult põhikursuses) 18: 8 (pärast põhikursuse 18: 1-4) 29: 4 (pärast 27.4, kui on 11-tasemel käsitletud)

  2. Elastsuslained. Elastse deformatsiooni energia[93] (8.2). Võnkumiste ja lainete energia[94] (14: 3, 15: 3). Võnkumiste liitumine[95(lk 550–584)]. Võnkumiste spekter (40-4). Doppleri efekt helilainete korral (16: 7-9). Helitugevus (16: 1-3). Detsibell (16-3). Müra ja mürakaitse (16-5).

    8: 2 (ainult mehaanika kursuses) 12: 5 (elastse deformatsiooni energia mõistmiseks ainult mehaanika kursuses) 14: 3 (ainult mehaanika kursuses) 15: 3 (ainult mehaanika kursuses) 16* (heli intensiivsus ja samafoonid peale 16: 3, intensiivsus ja interferents peale 16: 6, konsonants ja dissonants kõige lõpus) 40: 4

  3. Ebatavalised faasid ja faasisiirded. Gaaside veeldamine. Madalate temperatuuride saamine. Krüovedelikud ja krüogeenika. Allajahutatud ja ülekuumendatud vedelikud. Härmatumine (sublimatsioon), aine sulamistemperatuuri sõltuvus rõhust. Süsihappelumi ja teised mitte-H2O jääd. Lahused ja faasisiirded.

  4. Soojusmasinad ja energiamajandus. Termodünaamika I printsiibi ilmnemine isoprotsessides. Adiabaatiline protsess. Ideaalne soojusmasin. Soojusmasina kasutegur. Ringprotsess. Pööratavad ja mittepööratavad protsessid. Reaalsed soojusmasinad (auruturbiin, ottomootor, diiselmootor, stirlingmootor) ja nende kasutegurid. Energiaallikad, energia muundamine, transport ja salvestamine.

  5. Entroopia ja negentroopia. Entroopia mõiste käsitlused. Info, energia ja aine entroopiliselt seisukohalt. Maa ja universumi entroopia ning negentroopia. Mittetasakaalulised protsessid. Rakendused: külmuti ja soojuspump.

    12a

  6. Kondensaator ja induktiivpool. Plaatkondensaatori mahtuvus. Kondensaatorite ehitus ja liigid. Laetud kondensaatori energia. Kondensaatorite kasutusnäited. Pika ja peenikese pooli induktiivsus. Vooluga induktiivpooli energia. Ülijuhtiva mähisega elektromagnetid ja nende kasutamine.

  7. Juhid ja dielektrikud. Dielektrikute polarisatsioon. Varjestamine. Aine dielektriline läbitavus. Piesoelektrikud ja ferroelektrikud. Rakendused: piesoelektrilised andurid ja täiturid, elektronkaal, kvartskell.

  8. Ainete magnetilised omadused. Aine magnetiline läbitavus. Dia- ja paramagneetikud. Kõvad ja pehmed ferromagneetikud. Ferromagneetiku domeenstruktuur ja hüsterees. Rakendused: elektromagnetid ja magnetiline infosalvestus.

    12b

    28: 6-11 (pärast elektromagnetismis käsitlemist)

  9. Elektrivool vedelikes ja gaasides. Elektrolüüs. Faraday I seadus elektrolüüsi kohta. Elektrolüüsi rakendusnäiteid. Sõltuv ja sõltumatu gaaslahendus. Kasutusnäited.

    12a

  10. Pooljuhtelektroonika. Juhi, pooljuhi ja mittejuhi erinevused tsooniteoorias. Pooljuhtide omajuhtivus ja selle rakendused: termotakisti, fototakisti, pooljuht-kiirgusdetektor. Pooljuhtide legeerimine. Elektronjuhtivus ja aukjuhtivus. pn-siire. Alaldi, fotodiood, valgusdiood, dioodmaatriks, CCD-maatriks, pooljuhtlaser. Päikesepaneelid. Bipolaar- ja väljatransistor. Kiip, selle kasutamine analoog- ja digitaallülitustes.

    12b

  11. Vahelduvvoolu kasutamine. Vahelduvvoolu iseloomustavad suurused. Elektriohutus. Kaitsemaandus. Kaitsmed. Aktiiv-, induktiiv- ja mahtuvustakistus vahelduvvooluahelas. Näivtakistus. Kogutakistus. Ohmi seadus vahelduvvooluahela kohta.

  12. Vahelduvvoolumasinad. Alalisvoolumootor ja -generaator. Trafo talitlus, trafode kasutamine. Vahelduvvoolugeneraator ja asünkroonmootor. Vahelduvvoolu võimsustegur. Kolmefaasiline vool. Elektrienergia tootmine, ülekanne ja jaotamine Eesti näitel.

  13. Elektromagnetvõnkumised ja -lained. Võnkering. Elektromagnetlainete tekitamine. Elektromagnetlainete skaala. Raadiolained ja nende levimine. Raadioside põhialused. Raadiolokatsioon ja GPS. Nüüdisaegsed sidevahendid.

  14. Optilised seadmed. Valguskiir. Valguse sirgjooneline levimine. Valguse täielik peegeldumine. Valgusjuhid ja nende kasutamine. Optilised süsteemid (objektiiv, teleskoop, mikroskoop), nende lahutusvõime. Polariseeritud valgus ja selle saamine. Rakendused: polaroidprillid ja vedelkristallekraan.

    23: 9 29: 8 32: 1, 9 33: 5, 8-9 34: 7-8 35: 5-6

  15. Fotomeetria. Inimsilma valgustundlikkus. Valgustugevus ja valgusvoog. Valgustatus. Ruuminurk. Ühikud: kandela, luumen ja luks. Luksmeeter. Erinevate valgusallikate valgusviljakused.

    34: 10-11 35: 7

10.5 Õppetegevus

Kasutatakse järgmisi õppemeetodeid:

  1. konkreetses kontekstis vajaliku füüsikalis-tehnoloogilise info leidmine õppetekstidest ja veebist;

  2. teadmiste kinnistamine interaktiivsete õppevideote ja arvutimudelitega;

  3. kas reaalsuses praktiliselt või katsevahendite puudumise korral virtuaalselt tehtavad uurimistööd, et määrata eelkõige vaatlusaluse materjali või tehnilise seadme omadused;

  4. rühmatöö, et leida ja analüüsida füüsikalis-tehnoloogilisi probleeme ning otsida neile lahendusi;

  5. mingi tehnoloogilise lahenduse või selle alternatiivide olemust kirjeldava ning analüüsiva essee kirjutamine; esseede vastastikune hindamine;

  6. loovust arendavad tegevused: plakati loomine, arvutiesitluste koostamine, debatid ja rollimängud, ajurünnak;

  7. Cmapi meetodi kasutamine, et teadvustada ja kinnistada vaadeldava temaatika sisemisi olemuslikke seoseid;

  8. uuenduslike projektide kavandamine.

10.6 Kalender

10.6.1 2023-09-08

Eesmärgid:

  1. Kursuse reeglid on selged.

  2. Moodulid on valitud.

Kava:

  1. Miks õpilane valis just selle kursuse?

  2. Tutvustus: 15’st moodulist viis või kuus, millest igaühele kuus kontaktsessiooni, pluss iseseisev tegutsemine. Igas moodulis teooria, arvutusülesanded. Kui võimalik, siis eksperiment, muidu orienteerumispunkt, plakat, essee, mäng vms. Hindamine.

  3. Moodulite valimine.

  4. Kui aega jääb üle, siis MathCityMapi tutvustamine[96]. Ei jäänud.

10.6.2 2023-09-15

Aero- ja hüdrodünaamika.

Keskkonna takistusjõud (5-6)[3(lk 134–135),4].

Iseseisev ülesanne lahendamiseks enne järgmist kontaktsessiooni:[3], lk 142 lahendada ülesanded 75, 77 ja 79! Esitan siinkohal kõikide nende ülesannete püstitused maakeeli:

75: Takistusjõud suurtele objektidele, nagu autod, lennukid ja läbi õhu liikuv taevasukelduja avaldub ligikaudselt valemiga \(F_\text{D} = -c \cdot v^2\).

  1. Selle ruutsõltuvuse jaoks v-st määrake valem vertikaalselt langeva objekti lõppkiiruse \(v_\mathrm{T}\) jaoks.

  2. Määrake konstandi c väärtus massiva taevasukelduja kohta, kelle lõppkiirus on umbes .

  3. Joonistage selle juhtumi - \(F_\mathrm{D} \propto v^2\) - jaoks kõver nagu joonisel 5-27b. Kummal pool joonisel 5-27 asuvat kõverat see kõver sama lõppkiiruse korral aseteseks? Selgita miks.

77: Jalgrattur võib mäest järsult alla sõita . Kui takistusjõud on võrdeline kiiruse v ruuduga, nii et \(F_\mathrm{D} = c \cdot v^2\), arvuta

  1. konstandi c väärtus ja

  2. keskmine jõud, mida tuleb rakendada selleks, et laskuda mäest .

Jalgratta ja jalgratturi mass on kokku . Ignoreeri muud tüüpi hõõrdumist.

79: Mootorpaat, mis sõidab kiirusega , lülitab oma mootorid välja ajahetkes \(t = 0\). Kui kaugele see enne seismajäämist liigub, kui märgitakse, et pärast on paadi kiirus langenud pooleni paadi kiiruse algset väärtust? Oletame, et vee takistusjõud on võrdeline v-ga.

Näidislahendused on tahvlil[4].

10.6.3 2023-09-22

Aero- ja hüdrodünaamika.

Keskkonna takistusjõud (5-6)[3(lk 135),4]. 12a: Diferentsiaalvõrrandist jätkasin näidet 5-17 ja jõudsin t avaldamisest järgmise sammuni, ent siis avastasin, et olin tõstnud b valesse kohta. Õpilased soovisid ka 15 min varem lahkuda, mistõttu lõpetasin.

Elastsuslained

Pikilainete matemaatiline esitus (16-2)[3(lk 462–463)]. 12b: Jõudsime lõpuni.

Iseseisev ülesanne lahendamiseks enne järgmist kontaktsessiooni:[3], lk 142 lahendada ülesanne 73! Näidislahendus on tahvlil[4].

10.6.4 2023-09-29

Aero- ja hüdrodünaamika.

Keskkonna takistusjõud (5-6)[3(lk 135),4]. 12a’ga jätkasime uuesti diferentsiaalvõrrandist, milles asusime kohe asendusvõttega integreerima. Jõudsime lõppu.

Elastsuslained

  1. Pikilainete matemaatiline esitus (16-2)[3(lk 462–463)].

  2. Heliintensiivus, detsibellid (16-3)[3(lk 464–467)]. 12b’ga alustasime. Jõudsime näiteni 16-5, mida ei käsitlenud.

12b iseseisvaks lahendamiseks enne järgmist kontaktsessiooni:[3], lk 486 lahendada ülesanded 7, 8 ja 9!

10.6.5 2023-10-6

Elastsuslained

  1. Pikilainete matemaatiline esitus (16-2)[3(lk 462–463)]. 12a’ga alustasime.

  2. Heliintensiivus, detsibellid (16-3)[3(lk 464–467)]. 12a: Jõudsin mainida, mis on detsibell. 12b’ga näitest 16-5. Jõudsime näite 16-7 lõppu.

12a: Iseseisvaks lahendamiseks enne järgmist kontaktsessiooni:[3], lk 486’st lahendada ülesanded 7, 8 ja 9! Maakeeli on nende ülesannete püstitused sellised:

7: Helilaine rõhuamplituud õhus (\(\rho = \qty{1,29}{\kg\per\cubic\m}\)) temperatuuril on . Mis on nihke amplituud, kui sagedus on

  1. ja

  2. ?

8: Milline peab olema rõhu amplituud helilaines õhus (), kui õhumolekulid läbivad maksimaalselt nihke, mis on võrdne hapnikumolekuli läbimõõduga, umbes ? Oletame helilaine sageduseks

  1. ja

  2. .

9: Kirjutage avaldis, mis kirjeldab rõhu muutumist funktsioonina x’st ja t’st ülesandes 8 kirjeldatud lainete puhul.

Lahendusi saab võrrelda[4].

10.6.6 2023-10-13

Elastsuslained

  1. Heliintensiivus, detsibellid (16-3)[3(lk 464–467)]. 12a: algusest. Lahendasime harjutus A’ni. 12b’ga valemi 16-7 tuletamisest.

  2. Heli intensiivsuse määramise[97] iseseisva eksperimendi selgitamine.

  3. Kõrva ja kuulmise[98] iseseisva eksperimendi selgitamine.

  4. Heli allikad: Vibreerivad keeled ja õhusambad[3(lk 467–472),12(lk 14–50)]. 12b: Jõudsin seletada harmoonikud.

12b: Iseseisvaks lahendamiseks enne järgmist kontaktsessiooni:[3], lk 486-487’st lahendada ülesanded 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 ja 27!

10.6.7 2023-10-20

Elastsuslained

  1. 12b: kas keegi tahab mooduli hinnet välja teenida?

  2. Heliintensiivus, detsibellid (16-3)[3(lk 464–467)]. 12a: harjutuse A järgsest. Näide 16-6 tehtud.

  3. Heli intensiivsuse määramise[97] iseseisva eksperimendi selgitamine.

  4. Kõrva ja kuulmise[98] iseseisva eksperimendi selgitamine.

  5. Heli allikad: Vibreerivad keeled ja õhusambad[3(lk 467–472),12(lk 14–50)]. 12b: Toonide järgsest. Lahendasime näite 16-8. Miski läks nihu, sest korrutamise asemel jagasime (joonis 10.1 leheküljel ).

Esitatud on keele pikkuse, lainepikkuse, sageduse, helikiiruse ja pinge vahelised seosed. Mis läks nihu pikema klaverikeele pikkuse valemi koostamises?

Joonis 10.1: Esitatud on keele pikkuse, lainepikkuse, sageduse, helikiiruse ja pinge vahelised seosed. Mis läks nihu pikema klaverikeele pikkuse valemi koostamises?

Iseseisvaks tegemiseks järgmise kontaktsessioonini eksperiment koos protokolli koostamisega: Heli intensiivsuse määramine[97]. Ülikooli asemel tuleb kasutada meie keskkooli. Näidiseks on minu protokoll[99].

10.6.8 2023-11-3

Elastsuslained

  1. 12b: ülevaade järgmistest moodulitest ja hetkeseisust, akustika juurdeõppimise võimalustest.

  2. Heliintensiivus, detsibellid (16-3)[3(lk 464–467)]. 12a: Alustasime näitest 16-7. Jõudsime peatüki 16-3 lõpuni.

  3. Heli intensiivsuse määramise[97] iseseisva eksperimendi selgitamine. 12a: Selgitasin esimese eksperimendi juhise.

  4. Kõrva ja kuulmise[98] iseseisva eksperimendi selgitamine. 12a: Alustasin teise eksperimendi juhise selgitamist. Testisime, kui kõrgeid helisid keegi kuuleb järjestikuse sageduse suurendamisega.

  5. Heli allikad: Vibreerivad keeled ja õhusambad[3(lk 467–472),12(lk 14–50)]. 12b: Alustasime näiteülesande 16-8 lahenduse kordategemisest (joonis 10.1 leheküljel ). Lahendasime näite 16-9. Järgmine kord võiksime helikiiruse keeles välja arvutada.

Iseseisvaks tegemiseks järgmise kontaktsessioonini eksperiment koos protokolli koostamisega: Kõrv ja kuulmine[98]. Näidiseks on minu protokoll[99(lk 11–16)].

10.6.9 2023-11-10

Elastsuslained

  1. Kõrva ja kuulmise[98] iseseisva eksperimendi selgitamine. 12a: Jätkasin teise eksperimendi juhise selgitamist.

  2. Heli allikad: Vibreerivad keeled ja õhusambad[3(lk 467–472),12(lk 14–50)]. 12a: Näite 16-8 lahendamisega jäime pooleli. Arutelu toimus, aga valemit veel kokku ei pannud.

  3. Heli kvaliteet ja müra, superpositsioon[3(lk 472–473)].

  4. Helilainete häired ja löögid[3(lk 473-476)].

  5. Heli intensiivsuse ja interferentsist[100] iseseisva eksperimendi selgitamine.

10.6.10 2023-11-17

Elastsuslained:

  1. Heli allikad: Vibreerivad keeled ja õhusambad[3(lk 467–472),12(lk 14–50)]. 12a: Jätkasime näite 16-8 lahendamisega. Gert Kevin näitab järgmine kord konspekti ette. 12b: Arvutasime helikiiruse keeles näites 16-9. Lahendasime näite 16-10.

10.6.11 2023-11-24

Elastsuslained:

  1. Heli allikad: Vibreerivad keeled ja õhusambad[3(lk 467–472),12(lk 14–50)]. 12a: Näitasin näite 16-8 lahenduskäigu. Jõudsime keelpillide lõpuni. 12b: Lahendasime näite 16-11. Jõudsime peatüki 16-5 lõppu.

10.6.12 2023-12-7

12a: Gert Kevin näitab konspekti ette.

Elastsuslained:

  1. Heli allikad: Vibreerivad keeled ja õhusambad[3(lk 467–472),12(lk 14–50)]. 12a: Alustasime puhkpillidega. Jõudsime helimooduli lõppu. 12b: Lahendasime ülesanded 29 ja 33[3(lk 487)]. Lõpetasime kahe ülesande lahendamisega akustika teema.
  2. Heli kvaliteet ja müra, superpositsioon[3(lk 472–473)]. Ei tegelenud siit edasi, kuna maht täis.
  3. Helilainete häired ja löögid[3(lk 473-476)].
  4. Heli intensiivsuse ja interferentsist[100] iseseisva eksperimendi selgitamine.

10.6.13 2023-12-15

12a: Alik näitab konspekti ette.

Aero- ja hüdrodünaamika

  1. Liikuvad vedelikud; voolukiirus ja järjepidevuse võrrand[3(lk 378-380)].

  2. Bernoulli võrrand[3(lk 380-382)].

  3. Bernoulli põhimõtte rakendused: Torricelli, lennukid, pesapallid, verevool[3(lk 382-385)].

Optilised seadmed:

  1. Digitaalne, kahendarvud, signaali pinge[3(lk 676-679)].
  2. Televisioon ja arvutikuvarid[3(lk 679-682)].
  3. Teabe säilitamine: Magnet ja pooljuht[3(lk 856-858)].
  4. Valguse kiiremudel[3(lk 927)].
  5. Täielik sisepeegeldus, fiiberoptika[3(lk (943–945))].

10.7 Ülesanded

10.7.1 Kiirusjõud[3(lk 142)]

  1. kaaluva vihmapiisa lõppkiirus on umbes . Eeldades takistus \(F_\mathrm{D} = - b \cdot v\), määrake
  • konstandi \(b\) väärtus ja
  • aeg, mis kulub sellisele langusele, alustades puhkeseisundist, et jõuda ’ni lõppkiirusest.
  1. Suurte objektide, nagu autod, lennukid ja läbi õhu liikuvad taevasukeldujad, tõmbejõud on \(F_\mathrm{D} = - c \cdot v^2\).

  • Selle ruutsõltuvuse jaoks \(v\)-st määrake vertikaalselt langeva objekti lõppkiiruse \(v_\mathrm{T}\) valem.

  • Määrake konstandi \(c\) väärtus kaaluvale taevasukeldujale, kelle lõppkiirus on umbes .

  • Joonistage selle \(F_\mathrm{D} \propto v^2\) juhtumi jaoks joonisel 5-27b[3](lk 134)’l kujutatud kõver.

    Kas see kõver asetseks sama lõppkiiruse korral ülevalpool või allpool joonisel 5-27 olevat? Selgita miks.

  1. Jalgrattur võib mäest alla sõita ühtlase kiirusega . Kui tõmbejõud on võrdeline kiiruse \(v\) ruuduga, nii et \(F_\mathrm{D} = -c \cdot v^2\), arvutage
  • konstandi \(c\) väärtus ja
  • keskmine jõud, mida tuleb rakendada mäest laskumiseks. Jalgratturi ja jalgratta mass on . Ignoreeri muud tüüpi hõõrdumist.
  1. Mootorpaat, mis sõidab kiirusega , lülitab mootorid välja, kui \(t = 0\). Kui kaugele ta läbib enne seisma jäämist, kui on täheldatud, et pärast on selle kiirus langenud pooleni esialgset väärtust? Oletame, et vee takistusjõud on võrdeline \(v\)-ga.

10.7.2 Lainete matemaatiline esitus[3(lk 486)]

  1. Helilaine rõhuamplituud õhus (\(\rho = \qty{1,29}{\kg\per\cubic\m}\)) temperatuuril on . Mis on nihke amplituud, kui sagedus on
  • ja
  • ?
  1. Milline peab olema rõhu amplituud helilaines õhus (), kui õhumolekulid läbivad maksimaalselt nihke, mis on võrdne hapnikumolekuli läbimõõduga, umbes ? Oletame helilaine sageduseks
  • ja
  • .
  1. Kirjutage avaldis, mis kirjeldab rõhu muutumist funktsioonina x’st ja t’st ülesandes 8 kirjeldatud lainete puhul.

10.7.3 Helitugevus ja detsibellid

  1. Milline on heli, mille helitugevus on , helitase?

13. Millised on madalaimad ja kõrgeimad sagedused, mida kõrv suudab tuvastada, kui helitase on ? (Vt joon. 16-6[3](lk 467)’l.)

  1. Teie kõrvad mahutavad suure hulga helitasemeid. Milline on kõrgeima ja madalaima intensiivsuse suhe sagedustel
  • ,
  • ?

(Vt joon. 16-6[3](lk 467)’l.)

  1. Inimene, kes seisab teatud kaugusel nelja võrdselt mürarikka reaktiivmootoriga lennukist, kogeb helitaset . Millist helitaset see inimene kogeks, kui kapten lülitaks kõik peale ühe mootori välja? [Vihje: liitke intensiivsused, mitte detsibellid.]

19. Ilutulestiku mürsk plahvatab kõrgusel maapinnast, tekitades värvilisi sädemeid. Kui palju suurem on plahvatuse müratase inimesel plahvatusest vahetult allpool asuvas punktis kui inimesel horisontaalselt maapinnal kaugusel?

  1. Õhku läbib toatemperatuuril - helilaine, mille intensiivsus on valulävel ().
  • Kui palju maksimaalselt nihkuvad õhumolekulid selle helilaine toimel?
  • Milline on selle laine rõhuamplituud?
  1. Kahel helilainel on võrdne nihke amplituudid, kuid ühe sagedus on korda suurem kui teise sagedus.
  • Kummal on suurem rõhuamplituud ja millise teguri võrra on see suurem?
  • Milline on nende intensiivsuse suhe?
  1. Inimese tavavestluse heli intensiivsus kaugusel on .

  • Hinnake tavavestluses rääkiva inimese heli väljundvõimsust. Oletame, et heli levib ligikaudu ühtlaselt üle suu keskpunktiga sfääri.

  • Kui palju inimesi oleks vaja koguda, et tekitada tavavestluse heli võimsus ?

    [Vihje: lisage intensiivsused, mitte dB’d.]

  1. Kalli võimendi A nimivõimsus on , samas kui tagasihoidlikuma võimendi B nimivõimsus on .
  • Hinnake helitaset detsibellides, mida võiksite oodata kaugusel asuvas punktis kõlarist, mis on ühendatud kord ühe, kord teise võimendiga.
  • Millise väljundvõimsusega võimendi tekitaks kahekordse - võimendi helitugevuse?

10.7.4 Heliallikad

  1. Orelitoru on pikk. Määrake põhi- ja kolm esimest kuuldavat ülemheli, kui toru on
  • ühest otsast suletud ja
  • mõlemast otsast avatud (joonis 10.2 leheküljel ).

  1. Hinnake oktaavide arvu inimese kuuldavas vahemikus kuni (joonis 10.2 leheküljel ).

    Kuidas aidata õpilasel lahendada oreliülesannet?

    Joonis 10.2: Kuidas aidata õpilasel lahendada oreliülesannet?

33. Pingule kitarrikeele kolmanda ülemheli on sagedus . Milline on selle põhisagedus, kui seda keelt sõrmitsetakse niimoodi, et selle pikkus on 70% selle algset pikkust, kui see keel helisema pannakse (joonis 10.3 leheküljel )?

Kuidas aidata õpilasel lahendada kitarriülesannet?

Joonis 10.3: Kuidas aidata õpilasel lahendada kitarriülesannet?

35. Määrake lahtise orelitoru pikkus, mis kiirgab keskmist C’d (), kui temperatuur on . Millised on torus oleva põhiseisulaine lainepikkus ja sagedus? Millised on l ja f välisõhus tekitatavas liikuvas helilaines?

37. Orel on hääles juures. Mitme protsendi võrra kaob sagedus juures?

39. Toru õhus temperatuuril tuleb konstrueerida nii, et see tekitaks kaks järjestikust ülemheli sagedustel ja . Kui pikk peab toru olema ja kas see on avatud või suletud?

41. Mitu ülemheli on kuuldavas vahemikus pikkuse orelitoru puhul temperatuuril , - kui see on avatud ja - kui see on suletud?

  1. Määrake põhi- ja esimene ülemhelisagedus, kui olete pikkuses koridoris ja kõik uksed on suletud. Modelleerige koridor mõlemast otsast suletud toruna.

45. Kui mängija sõrm surub kitarri keele alla nöörile, lüheneb keele vibreeriva osa pikkus, suurendades seeläbi keele põhisagedust (vt joonist 16-37[3(lk 487)]). Keele pinge ja mass pikkuseühiku kohta jäävad muutumatuks. Kui keele algpikkus on \(l = \qty{75,0}{\centi\m}\), määrake esimese kuue värgi positsioonid \(x\), kui iga värk tõstab põhihääle kõrgust ühe noodi võrra võrreldes naabernoodiga. Võrdselt tempereeritud kromaatilisel skaalal on naabernootide sageduste suhe \(2^\frac{1}{12}\).

10.7.5 Digitaalne[3(lk 688)]

  1. Kirjutage kahendarvuna kümnendarv .

65. Kirjutage kümnendarvuna kahendarv .

67. - diskreetimine annab mitu erinevat võimalikku pinget? Kui palju erinevaid võimalikke pingeid annab - diskreetimine? Kui palju erinevaid värve annab värviteleri puhul alampikslit, igaüks ?

69. Tavaliselt kasutatavas ASCII-koodis salvestatakse numbrid, tähed ja muud sümbolid -kohaliste kahendarvudena. Tähe A kood on _2 ja järgmised tähed on vaid järgmised kahendarvud. - Milliseid kahendarvusid kasutatakse C ja T salvestamiseks? - Millised oleksid ASCII B ja H kümnendarvud? - Kasutades joonisel 23-22[3(lk 676)] näidatud vormingut, visandage CAT-i tähistavate tähtede lainekuju. 71. Analoogpinge signaal võib varieeruda vahemikus kuni ja see tuleb teisendada - binaarseks esituseks. - Milline pinge täpsusega oleks tähistatud binaarse esitusega ? - Milline kahendarv esindaks kõige paremini ?

10.7.6 Televisioon ja arvutikuvarid[3(lk 688-689)]

  1. Joonisel 23-30[3(lk 680)] oleva halltooniga pildi jaoks kirjutage kahendarvude rida, mis annab pildi üheteistkümnenda rea. Võtke 000 valgena ja 100 mustana. Vastuse hõlpsamaks lugemiseks eraldage iga arv semikooloniga.

  2. Arvutage bitimäär, mida on vaja HD-teleri ekraani kõikide 6 miljoni alampiksli (\(\num{3} \times \num{1080} px \times \num{1920}\)) käsitlemiseks (värskendussagedusega kaadrit sekundis). Võrrelge tänapäevase digitaalse fikseeritud määraga \(\num{19} \mathrm{\frac{Mb}{s}}\) ja selgitage erinevust. Mitu protsenti pikslitest keskmiselt iga kaadri kohta värskendatakse (värskendatakse sagedusega )? Kui iga kaadri jaoks oleks vaja adresseerida iga pikslit, siis mitu täielikku ekraani skaneerimist saaks teha sekundis kiirusel \(\num{19} \mathrm{\frac{Mb}{s}}\)?