5.1. Aaltoliike

Lähde:  WSOY (Häikiö – Kahila – Ratilainen – Ängeslevä) Kefy s. 227 – 228, WSOY (Kärnä – Leskinen – Montonen – Repo) LUMO fysiikan ja kemian käsikirja s. 245 – 256 ja muut fysiikan oppikirjat.

Johdanto: Seuraavissa kysymyksissä pohditaan aaltoliikkeeseen liittyviä käsitteitä joistakin käytännön näkökulmista.

Kysymyksissä pohditaan useita akustiikkaan eli äänioppiin liittyviä asioita. Usein miellämme akustiikan suppeasti vain esim. miten hyvin äänet kuuluvat jossain tilassa esim. kuunnellessamme musiikkia.

TEHTÄVÄ 1: Äänellä on useita eri taajuuksia ja äänen korkeuden määrääkin se, kuinka monta värähtelyä tapahtuu sekunnissa.  Tämä mittayksikkö, jolla osoitetaan äänen korkeus, on Hz eli värähdysten määrä sekunnissa.

a)     määrittele ääni

b)     mikä on ihmisen normaali kuuloalueen taajuus hertzeinä?

c)     mikä on infraäänen taajuus ja milloin sitä syntyy?

d)     kaikuluotauksessa voidaan kalaparvia määrittää ultraäänen avulla. Missä muualla käytetään ultraääntä käytännön elämässä?

e)     ihmisen vanhetessa kuuloalue kapenee ja joitakin ääniä ei enää kuule niin hyvin kuin toisia. Kummat äänet ihminen yleensä vanhempana kuulee hyvin korkeat vai matalat?

 TEHTÄVÄ 2: Musiikin harrastajille akustiikka on tärkeää. Mies- ja naisäänet eroavat toisistaan korkeutensa perusteella.

a)     mistä syystä miehet eivät kykene laulamaan yhtä korkealta kuin naiset?

b)     parhaissa konserttisaleissa kuullaan esiintyjien äänet vielä jonkin aikaa sen jälkeen, kun itse soittaminen on lakannut. Mistä tämä johtuu?

c)     äänen muokkaamiseen tietokoneella on erilaisia ohjelmia, mainitse jokin niistä, joka on saatavilla kotikäyttöön ilmaiseksi

d)     millaisia hakupalveluja käytät, mikäli haluat hakea Internetistä audiotyyppistä tietoa ja mitä audiotyyppinen tieto on?

e)     millaisia äänen tallennemuotoja musiikissa käytetään, kun musiikkia esim. tallennetaan tietokoneella kuunneltavaan muotoon?

TEHTÄVÄ 3: Suurkeittiötiloissa hygieenisyys asettaa vaatimuksia pinnoille esim. oppilaitoksen keittiössä on paljon teräspintoja. Teräspinnoista ääni heijastuu helposti ns. kaikuna takaisin ja äänten vaimentaminen on hankalaa.

a)     Kerro, miten käytännössä saadaan ääniä vähemmän häiritseviksi, jos esim. keittiötiloissa on astianpesukone? Voit tutustua tarvittaessa keittiötiloihin ja katsoa, miten äänieristys on hoidettu?

b)     Miten luulet, että äänten vaimentaminen tapahtuu silloin kun suuret painokoneet pyörivät ja painetaan esimerkiksi Sanomalehti Kalevaa tms.? Mitä tarkoittavat ns. runkoäänet noissa painokoneissa?

TEHTÄVÄ 4: Äänen intensiteetin mittaamiseen oppilaitoksessamme on käytössä desibelimittari ja seuraavassa on joitakin mittaustuloksia syksyltä 2007. Tee niistä mahdollisimman havainnollinen kuvaaja Excelillä.

 

Äänen aiheuttajat	desibelit/dB
Hiustenkuivaaja	83
Juttelu asiakkaan kanssa	62
Paineilmapuhallin	112
Pöytätuuletin	87
Viheltäminen	117
Kännykän soittoääni	79
Sormien napsutus	72
Pöytäpuhelimen pirinä	72
Vesihana	70
Työpisteen yleinen häly	54

 

TEHTÄVÄ 5: Seuraavassa sanalaatikossa on 10 käsitettä aaltoliikkeeseen liittyen. Etsi käsitteet sekä selitä ne esimerkkien avulla mahdollisimman kattavasti.

 

M

L

O

M

A

L

O

S

I

S

S

A

S

E

L

O

K

U

U

S

Ä

I

T

I

D

Ä

L

O

H

I

T

T

I

T

T

U

K

E

V

U

H

E

R

T

S

I

E

A

L

E

S

E

M

A

T

T

O

V

I

E

U

K

I

I

L

L

O

K

A

I

K

U

T

L

O

T

B

T

M

A

R

R

A

S

K

U

U

N

O

E

O

T

I

H

E

N

T

Y

M

Ä

A

S

L

U

Ä

Ä

N

E

T

Ö

N

K

E

K

S

I

K

M

A

A

M

P

L

I

T

U

D

I

A

O

D

E

L

F

I

I

N

I

T

E

A

M

K

I

N

T

E

R

F

E

R

E

N

S

S

I

H

U

O

J

U

M

I

N

E

N

A

R

U

A

H

A

R

V

E

N

T

U

M

A

I

S

 

TEHTÄVÄ 6: Seuraavassa on joitakin ääneen liittyviä käsitteitä. Kerro, mitä niillä tarkoitetaan ja perustele vastauksesi.

a)     onko ääni pitkittäistä vai poikittaista aaltoliikettä?

b)     mitä tarkoitetaan aallonpituudella äänen yhteydessä?

c)     kerro jokin käytännön esimerkki resonanssista.

d)     kullakin esineellä on olemassa ominaistaajuus, mitä se tarkoittaa käytännössä?

e)     aikaisemmin voitiin itse säätää esim. auton sytytyksen perusennakkoa ja käytettiin apuvälineenä stroboskooppilamppua. Nykyisin huollot tehdään yleensä merkkiliikkeessä.  Mihin muuhun tarkoitukseen tiedät käytännössä käytettävän tällaista lamppua, jonka toiminta perustuu värähdysten määrään, jossa värähtelevää kohdetta valaistaan stroboskooppilampulla hitaammin kuin itse kohde värähtelee. Näin saadaan aikaan joko hidastettu kuva tai kuva joka pysyy paikallaan ja siten kohdetta voidaan säätää helpommin.

 

Kuva 1. Stroboskooppi

TEHTÄVÄ 7: Melulta suojautuminen on tärkeää. Se, mikä toisesta henkilöstä kuulostaa häiritsevältä, voi toisesta henkilöstä tuntua sopivalta ääneltä. Etsi seuraaviin kysymyksiin vastauksia Internetistä tai fysiikan oppikirjoista?

a)     mitä tarkoitetaan melulla?

b)     mitä eroa on äänellä ja melulla?

c)     mitä eroa on hälyllä ja melulla?

d)     mainitse muutamia asioita, joilla melulta voidaan suojautua.

TEHTÄVÄ 8: Elämme äänten täyttämässä maailmassa. Syvässä hiljaisuudessa voimme kuulla ääniä. Toisaalta on ääniä, joita ihmiskorva ei havaitse toisin kuin eläimet. Kuuloalueemme on erilainen.

Seuraavassa on joitakin kysymyksiä kuuloon ja äänen voimakkuuteen liittyen.

a)     mikä on normaalin puheen voimakkuus desibeleinä?

b)     mikä on äänen voimakkuus rock-konsertissa?

c)     mitä tarkoitetaan kipurajalla?

d)     mikä on vastaavasti kuuloraja?

e)     mikä on se desibeliraja, jonka ylitettyään on ihmisen käytettävä kuulosuojaimia, jotta kuulo ei vaurioituisi?

TEHTÄVÄ 9: Tee lyhyt esitys Wordilla aiheena ääni (maksimi 1 sivu). Tarkastele esityksessäsi seuraavia asioita käytännön esimerkkien avulla: äänen nopeus, äänen voimakkuus erilaisissa tilanteissa, Doppler -ilmiö käytännössä, äänen heijastuminen ja äänet musiikissa.

Kuva 2. Historian havinaa äänentoistossa

5.2. Valo-oppia

Lähde: WSOY (Kärnä –Leskinen – Montonen – Repo) LUMO fysiikan ja kemian käsikirja s. 258 - 264, OTAVA (Ketolainen – Niskanen – Pennanen) Fysiikan ja kemian fuusio sosiaali- ja terveysala s. 81 - 83 sekä erilaiset fysiikan oppikirjat.

Johdanto: Seuraavissa kysymyksissä pohditaan valoon liittyviä asioita joistakin käytännön näkökulmista.

5.2.1. Liikenneturvallisuus

TEHTÄVÄ 1: Ihmisten näkymistä pimeässä liikenteen joukossa on parannettu monin eri tavoin esim. heijastimen avulla. Tutustu liikenneturvan www-sivuihin ja etsi tietoa seuraaviin kysymyksiin:

a)     onko heijastimen käyttäminen pakollista? Mitä seuraamuksia sinulle voi tulla heijastimen käyttämättä jättämisestä?

b)     kävelet pimeällä tiellä ja vastaan tulee auto. Kuinka kaukaa sinut havaitaan autosta kaukovaloilla, jos sinulla on heijastin?

c)     kävelet pimeällä tiellä ja vastaan tulee auto. Kuinka kaukaa sinut havaitaan autosta lähivaloilla, jos sinulla ei ole heijastinta?

 

TEHTÄVÄ 2: Kissansilmä polkupyörässä varoittaa takana tulevaa liikennettä. Tuleeko nimitys kissansilmä siitä, että me havaitsemme pimeässä olevan kissan silmät erittäin hyvin vai näkeekö kissa hyvin pimeässä, sitä en osaa sanoa varmasti. Asiaa voisi pohtia enemmänkin.

Ihminen näkee pimeässä erittäin huonosti verrattuna moniin eläimiin. Mainitse muutamia eläimiä, jotka näkevät erittäin hyvin pimeässä?

5.2.2. Valon aallonpituudet

TEHTÄVÄ 3: Valolla on eri aallonpituuksia.

a)     mitä vaikutusta valon aallonpituudella on valon energian määrään?

b)     mitkä ovat näkyvän valon eri värien aallonpituudet?

c)     miksi vaatteet, joita juuri sovitit kaupassa ja päätit ostaa, näyttävät erivärisiltä siirtyessäsi ulkoilmaan?

d)     mitä käytännön merkitystä valaistussuunnittelulla on esim. kaupan elintarvikeosastolla tai vaateliikkeissä asiakkaan kannalta?

TEHTÄVÄ 4: Ihmissilmä erottaa erittäin paljon värisävyjä. Näemme värejä vain valossa.

a)     kuinka monta eri värisävyä ihmissilmä pystyy erottamaan?

b)     mitä tarkoittaa, kun sanotaan, että osa ihmisistä on ns. värisokeita.

5.2.3. Taittuminen ja erilaisia ilmiöitä 

 Kuva 1. Auringonvalon hajoaminen eri väreihin saippuakuplassa

 

TEHTÄVÄ 5: Auringonvalo, joka on valkoista, hajoaa eri väreihin ja tämä voidaan todeta esim. saippuakuplista. Seuraavassa on muutamia käsitetehtäviä sekä kysymyksiä taittumiseen liittyen.

a)     Mistä esineet saavat värinsä? Miksi esim. jokin esine on punainen ja jokin toinen on musta?

b)     Kerro jokin käytännön esimerkki valon taittumisesta?

c)     Mitä tarkoittaa kangastus ja milloin se havaitaan parhaiten?

d)     Mitä on kokonaisheijastus?

e)     Mitä tarkoittaa sironta?

5.2.4. Kuvataide ja fysiikka

TEHTÄVÄ 6: Kuvataidon tunneilta on sinulle jo tuttua värien sekoittaminen.

a)     Mitkä ovat ns. päävärit?

b)     Mitä värejä on sekoitettava keskenään, jotta saadaan aikaan esim. vihreä tai vastaavasti harmaa väri?

c)     Mitä merkitystä väreihin on liitetty eri kulttuureissa?

d)     Mitä merkitystä eri väreillä on fysiikan kannalta seuraavissa tilanteissa: sähkökytkennöissä, vaatetuksessa esim. talvella tai kesällä sekä elintarvikkeiden pakkaamisessa?

TEHTÄVÄ 7: Olet jo varhain oppinut, että tietynlaisella säällä varjo seuraa sinua.

a)     milloin syntyy varjo?

b)     tutustu seuraavassa osoitteessa http://oppiminen.yle.fi/artikkeli?id=7413 auringonpimennykseen ja etsi Internetistä tietoa, milloin syntyy auringonpimennys?

c)     vuoden 2007 maaliskuun 3. ja 4. päivän välisenä yönä kuun värin muuttumista oranssiksi seurattiin aktiivisesti eri puolilla Suomea ja siihen tarjoutui mahdollisuus usealle meistä. Mikä fysiikan ilmiö oli kysymyksessä tuolloin ja mitä tapahtui?

 

5.2.5. Tietotekniikan kehittyminen ja fysiikka

TEHTÄVÄ 8: Alati kasvavat vaatimukset tiedonsiirtonopeuksien kasvattamiseen vaativat tekniikalta erittäin paljon. Kuparijohtimien rinnalle on tullut valokaapeleita.

a)     Kerro mitä etua valokaapeleiden käytöllä saavutetaan?

b)     Missä valokaapeleita käytetään?

 

5.2.6. Fysiikka ja terveys
 

TEHTÄVÄ 9: Oppilaitoksen laboratorioluokassa voit tutustua ns. viisisädelaserin toimintaan ja tutustua samalla peileihin ja linsseihin esim. kuinka voidaan korjata ihmisen näkökykyä erilaisten linssien avulla.

a)     mistä sanoista muodostuu lyhenne laser?

b)     milloin laserin valo keksittiin?

c)     olet ruokakaupan kassalla maksaaksesi ostoksesi. Kaupan tuotteissa on viivakoodit, jotka luetaan laserin avulla kassakoneeseen. Missä muissa käytännön tilanteissa laseria käytetään? Kerro 3 esimerkkiä?

d)     mitä varoituksia laser -säteen käytöstä annetaan?

5.2.7. Peileistä ja linsseistä

TEHTÄVÄ 10: Seuraavissa tehtävissä tutustutaan peileihin sekä niiden eri ominaisuuksiin lyhyesti.

a)     kerro lyhyesti, miten kuva muodostuu peilissä

b)     millainen peili on hammaslääkärin peili, kovera vai kupera?

c)     mitä tarkoittaa niin sanottu valekuva?

d)     tasopeili voisi olla kotona esim. sisustamassa eteisaulaa. Mainitse muita kohteita, joissa tasopeilejä käytetään?

e)     olet saattanut nähdä joissakin kaupungeissa kadun kulmassa peilin, joka näyttää sinulle risteysalueen laajasti ja osaat siten esim. varoa oikealta tulevia. Millainen peili on kysymyksessä, kovera vai kupera?

 

TEHTÄVÄ 11: Suurennuslasi, silmälasien linssit, kameran linssit jne. ovat meille kaikille tuttuja esineitä. Mietitään nyt erilaisia linssejä tehtävien muodossa.

a)     millainen linssi toimii parhaiten polttolasina?

b)     millaiset linssit ovat nykyisissä kameroissa?

c)     silmälasien avulla korjataan näkökykyä ja niiden hankkimista varten optikko tai silmälääkäri kirjoittaa reseptin: kerro seuraavan henkilön reseptin perusteella, millaiset silmälasin linssit hänelle tulee kuperat tai koverat, onko henkilö liki- vai pitkänäköinen jne. kerro mahdollisimman tarkkaan seuraavien tietojen perusteella, henkilön näkökyvystä esim. mitä asioita pyritään korjaamaan ja miten:

Opiskelija saa silmälasireseptin, jossa lukee -1,0 d (vasen) ja oikea -1,75 d (oikea)

d)     millainen taittokyky on likinäköisellä ja pitkänäköisellä henkilöllä?

e)     silmälaseja on eri tarkoituksia varten esim. golf-lasit, ampujan lasit jne. keksitkö muita vastaavia?

f)       silmälaseilla pyritään korjaamaan eri-ikäisten ihmisten erilaisia näkökykyyn liittyviä ongelmia. Selitä omin sanoin, mitä tarkoitetaan ikänäöllä, hajataitolla, pitkänäköisellä silmällä sekä likinäköisellä silmällä.

  Kuva 2. Suojaathan silmäsi?

5.2.8. Valaistusvoimakkuus

TEHTÄVÄ 12: Teoriatunneilla sinun on mahdollista mitata valaistusvoimakkuus ns. luksimittarilla. Seuraavassa muutamia kysymyksiä valaistusvoimakkuuteen liittyen:

a)     mikä on valaistusvoimakkuuden yksikkö?

b)     millaista valaistusvoimakkuutta suositellaan sisätiloihin, joissa tehdään

a. tarkkaa työtä

b. tavallista työtä

c. suurpiirteistä työtä

c)     mitkä voisivat olla valaistusvoimakkuuden arvot koululuokassa?

d)     mitkä voisivat olla valaistusvoimakkuuden arvot leikkaussalissa?

g)     mikä on valaistusvoimakkuus aurinkoisena kesäpäivänä?

h)     miksi kuussa taivas on päivälläkin sysimusta?

TEHTÄVÄ 13: Valaistus on erittäin tärkeää ja tähän loppuun kysymys valonlähteisiin liittyen: mitkä ovat tavallisimpia kodeissa käytettyjä valonlähteitä?