8.11.2016 Interferenssi

Interferenssi tarkoitta kahden tai tai useamman aallon yhteisvaikutusta.
Jos kaksi aaltoa y1 ja y2 on samassa vaiheessa, on näiden yhteisvaikutus mahdollisimman suuri, joten (y = y1 + y2)

Jos taas kaksi aaltoa on vastakkaisissa vaiheissa, aallot heikentävät toisiaan (y = y1 - y2).
Voidaan siis päätellä että samaan suuntaan etenevien aaltojen yhteisvaikutuksen ratkaiseen aaltojen vaihe-ero.

Huojunta tarkoittaa kahden aallon välistä pientä taajuuseroa, Fn (huojuntataajuus) = F1 - F2
Esimerkkinä kitara jossa soitetaan kahta eri säveltä jotka on riittävän lähellä toisiaan, kuuluu ääni välillä voimakkaampana ja välillä heikompana, tämä johtuu siitä että aallot välillä vahvistavat toisiaan ja välillä heikentävät toisiaan.

Tästä aiheesta olevat laskut on jokseenkin todella hankalia ainakin itselle laskea, vaikka kyseessä on peruslausekkeiden pyörittelyä. En jotenkaan vaan hahmota asiaa oikein.

1.11.2016 Heijastumis- ja taittumislait

Tällä kertaa aiheena oli heijastumis- ja taittumislait, joka oli minulle mieleinen aihe harrastusteni kautta. On paljon mukavempaa käydä teoriaa asiasta, jota voi käytännössä testailla itsekseen / on kokemusta käytännössä.

Taittuminen tapahtuu kun jokin aalto, esimerkiksi valo tulee kulmassa (a1) aineesta 1 ("tiheämmästä") aineeseen 2 ("harvempaan") taittuu aalto normaalista poispäin ja näin normaalin ja taittuneen aallonväliin syntyy uusi kulma (a2). Sama pätee myös toisinpäin, eli jos aalto etenee harvemmasta tiheämpään on taittuminen silloin vastakkaiseen suuntaan kuin tapauksessa 1. Tämän kyseisen taittumisen takia esimerkiksi jos kalastetaan atraimella järvellä ja lampulla näytetään veteen, on mahdolliseen kalaan vaikea osua taittumisen takia. Jos valoa kääntää tarpeeksi suureen kulmaan
veteen nähden, heijastuu valo kokonaan vedenpinnasta ja jatkaa matkaa takana olevaan horisonttiin. Tällöin tulokulma on niin suuri että valo heijastuu kokonaan pois (rajakulma) ja silloin taitekulma saa arvon 90 astetta.

Taittumislaki  (sin a1/sin a2) = (v1/v2)

Tiheämpi väliaine <=> Aaltoliikkeen nopeus on pienempi, näinollen kyseisestä lausekkeesta voidaan laskea esimerkiksi taitekulma jos tiedetään tulokulma ja aaltojen nopeudet.

Snellin laki on erikoistapaus kun puhutaan valon taittumisesta, Sin a1/Sin a2 = n2/n1, jossa a1 on tulokulma, a2 taitekulma ja n1 sekä n2 on taitekertoimia (Väliaineessa valonnopeuden c ja sen valonnopeuden c1 suhde)

Laskut kyseisestä aihealueesta oli mielenkiintoisia ja osasinkin ne laskea, asiasta saa varmasti tehtyä vaikeitakin tehtäviä, mutta kotitehtävät oli mukavan helppoja.

4.10. Mekaaninen aaltoliike

Mekaaninen aaltoliike tarvitsee edetäkseen jonkin väliaineen eli materiaalin. Mekaanisia aaltoja on kahta päätyyppiä; 

1. Poikittainen aaltoliike, jossa aaltoliikkeen väliaineen hiukkaset värähtelee kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden.

2. Pitkittäinen aaltoliike, jossa väliaineen hiukkaset vrähtelee aallon etenemissuunnan mukaisesti.

On olemassa myös 3. tyyppi joka on 1. ja 2. yhdiste, jossa liike tapahtuu molempiin suuntiin, esimerkiksi vedenpinta-aallot.

Aaltoliikkeen perusyhtälö pätee kaikentyyppisiin aaltoihin v = aallonpituus * aallon taajuus.

Aaltoliikkeen etenemisnopeus riippuu eniten väliaineesta, esim eteneekö äänialto vedessä vai kaasussa jne. 

27.9. Vaimeneva värähtely

Tällä kertaa otettiin värähtelijöihin mukaan vaimeneva tekijä. Luennon aiheena oli siis vaimeneva värähtely jossa vaimentava voima on Fv = -bv (vastuskerroin * kappaleen nopeus).
Itse yhtälöt on aika samanlaisia kuin oli heilureissa, ainut isompi muutos on vaimennuskerroin. Tärkein osuus yhtälössä on vaimenevan värähtelijän kulmataajuus w, jossa vaimennuskerroin (b/2m)^2 määrittelee minkätyyppisestä värhelystä on kyse.

Alivaimennetussa värähtelyssä w on reaalinen ja amplitudi pienenee eksponentiaalisesti. Ylivaimennetussa värähtelyssä w on imaginäärinen ja värähtelijä lähestyy hitaasti tasapainoasemaa. Kriittisessä värähtelyssä w = 0, värähtelijä palautuu tasapainoasemaan mahdollisimman nopeasti, eikä se näin ollen ole värähtelyä.

Lisäksi tunnilla käytiin muutama esimerkki lävitse. Laskut on käytännössä helppoja kunhan vaan saa oikeanlaisen yhtälön aikaiseksi, sen jälkeen tehtävät ratkeavat helposti laskimella.

20.9 Heilurit

Toisella luentokerralla aiheena oli heilurit, tunnin alussa tarkistettiin tehtävät jotka sain lopulta tehtyä pitkän kamppailun päätteeksi. Kirjasta on paljon apua luentomateriaalin lisäksi koska voi katsoa esimerkkejä. Tosiaan aiheena oli heilurit (matemaattinen heiluri, fysikaalinen heiluri ja ohut sauva).

Ylipäätään pyörimisliike tuli uutena asiana, kaavat on samantyylisiä kuin etenemisliikkeessä, mutta vain yksiköt muuttuvat. Esim N2 (F = ma / M=Ja). Voimaa kuvaa momentti, kiiihtyvyyttä kulmakiihtyvyys, nopeutta kulmanopeus jne.

Matemaattisessa heilurissa kappale on yleensä joku punnus päässä joka on jotenkin symmetrinen, esim joku kuula. Fysikaalisessa heilurissa massa painopiste on jonkin keskellä esim joku muodoton möhkäle. Jakson ajat sun muut menee melkein samalla kaavalla kuin viimeksi joten sekään ei enää tuota ongelmia.

Muutenkin oli hyvä tunti, minulle sopii paremmin että käydään joku esimerkki ja mennään sitten vasta seuraavaan asiaan. Kotitehtävätkin sain jo laskettua.

1. Oppitunti - Värähdysliike.

Harmoninen värähtely, jaksonaika ja värähtelyn taajuus.

Kahden ääriaseman välillä tapahtuvaa jaksollista liikettä.

Tällä oppitunnilla oli paljon tuttuja asioita viime kurssista kuten jousivakio K (N/m)

Harmonisessa värähtelyssä F otetaan huomioon poikkeama tasapainoasemassa (x) ja jousen jousivakio K eli F = -kx. 

Eli toisinsanoen värähtelyn voima riippuu täysin kuinka paljon x poikkeaa tasapainoasemasta. Näin ollen se ei ole vakio. Jousivakion k voi laskea jousen ominaisuuksista kuten materiaalista ja kierteen halkaisijasta. 

Jaksonaika T = (2*PII/w) jossa w on jousivakion ja massan osamäärän neliöjuuri.

Värähtelyn taajuus on taas jaksonajan käänteisluku, ilmoitetaan hetzeinä (Hz)

Lisäksi tunnilla käsiteltiin värähtelijän energia. Ekok = Ekin + Epot.

Tunnilla käydyt derivaatta jutut meni minulta ohitse, vaikka osaan derivoida ja integroida ihan hyvin. Kotitehtävät eivät näyttäneet hirveän haasteellisilta joten yritän tehdä ensitunniksi ainakin osan niistä. 

 

Tavoitteet kurssille

Minulla lähtee toinen fysiikan kurssi perusteiden jälkeen ja tällä kertaa aiheita ovat värähdysliike, harmoninen värähtelijä, mekaaninen energia, heilurit, hitausmomentti, värähtely, aaltoliike, aallon teho ja intensiteetti, aallon heijastuminen, interfenssi, huojunta, seisovat aallot, ääni ja äänen vaimeneminen sekä doppler-ilmiö.

Sanoina nämä vaikuttavat kauhistuttavilta, koska en oikeastaan tiedä mitään niistä, jos ei lasketa fysiikan perusteissa käytyjä asioita. Kurssi vaikuttaa täysin teoreettiselta opiskelulta, joka ei myöskään minulle henkilökohtaisesti sovi niin hyvin kuin tekeminen. Joten minun ainakin täytyy tehdä niin paljon tehtäviä kuin jaksan kotona.

Tavoitteeksi asetan kurssille sen, että lasken mahdollisimman paljon tehtäviä sekä yritän saada aktivoitua ryhmäläisiä laskemaan tehtäviä yhdessä. Realistinen kurssiarvosana voisi olla 3:sen luokkaa ja siihen minun täytyy tehdä töitä paljon. Ensimmäisestä fysiikan kurssista sain arvosanaksi 3 joten sitä lähdetään hakemaan myös tältä kurssilta. Uskon että pärjään ihan sen mukaan kurssilla, mitä enemmän vain lasken tehtäviä, koska en opi taululta lukemalla yhtään mitään. Korkeimmat tavoitteet menee siis viitseliäisyyttä silmällä pitäen. Kyllä viime kurssiltakin jäi asioita mieleen, mutta tällä kurssilla yritän kovemmin.