FY2 Aaltoliike

1. Aalto etenee – aine ei Värähtelijä on esine, joka toistaa samanlaista edestakaista liikettä Värähtelijä on esine, joka toistaa samanlaista edestakaista liikettä Esimerkkejä värähtelystä : Esimerkkejä värähtelystä : Sydämen lyönti Sydämen lyönti Heilurin heilahdus Heilurin heilahdus Kitaran kielen värähdys Kitaran kielen värähdys Ilmapatsaan värähdys huilun sisällä Ilmapatsaan värähdys huilun sisällä Värähtelijän liike ääriasennosta toiseen ja takaisin on yksi värähdys Värähtelijän liike ääriasennosta toiseen ja takaisin on yksi värähdys 1

1. Aalto etenee – aine ei Värähdysaika T on yhteen värähdykseen kulunut aika Värähdysaika T on yhteen värähdykseen kulunut aika Värähdysajan perusyksikkö on sekunti (s) Värähdysajan perusyksikkö on sekunti (s) Taajuus f kertoo puolestaan värähdysten lukumäärän sekunnissa Taajuus f kertoo puolestaan värähdysten lukumäärän sekunnissa Taajuuden perusyksikkö on hertsi (Hz) Taajuuden perusyksikkö on hertsi (Hz) Taajuuden ja värähdysajan välillä on yhteys Taajuuden ja värähdysajan välillä on yhteys f = 1/T eli T = 1/f Heilurin pituus vaikuttaa sen heilahdusaikaan Heilurin pituus vaikuttaa sen heilahdusaikaan Mitä pidempi heiluri, sitä suurempi heilahdusaika Mitä pidempi heiluri, sitä suurempi heilahdusaika 2

1. Aalto etenee – aine ei Aaltoliike syntyy, kun värähtelijät ovat ”kytkettyinä” toisiinsa Aaltoliike syntyy, kun värähtelijät ovat ”kytkettyinä” toisiinsa Aaltoliike voi olla Aaltoliike voi olla pitkittäistä (ääni) pitkittäistä (ääni) poikittaista (valo) poikittaista (valo) Aallonpituus on kahden peräkkäisen aallonharjan (tihentymän) välinen etäisyys Aallonpituus on kahden peräkkäisen aallonharjan (tihentymän) välinen etäisyys Aalto ei kuljeta mukanaan ainetta vaan energiaa Aalto ei kuljeta mukanaan ainetta vaan energiaa 3

2. Värähtelijä tuottaa äänen Ääni on värähtelijän synnyttämää, kuultavissa olevaa pitkittäistä painevärähtelyä, joka etenee vain väliaineessa Ääni on värähtelijän synnyttämää, kuultavissa olevaa pitkittäistä painevärähtelyä, joka etenee vain väliaineessa Äänen nopeus riippuu väliaineesta Äänen nopeus riippuu väliaineesta Äänen nopeus ilmassa on n. 340 m/s Äänen nopeus ilmassa on n. 340 m/s Äänen nopeus vedessä on n m/s Äänen nopeus vedessä on n m/s Äänen nopeus teräksessä on n m/s Äänen nopeus teräksessä on n m/s Mitä suurempi värähtelijän taajuus on, sitä korkeampi ääni syntyy Mitä suurempi värähtelijän taajuus on, sitä korkeampi ääni syntyy 4

2. Värähtelijä tuottaa äänen Ihmisen kuuleman äänen voimakkuus riippuu sekä taajuudesta että kuulijasta Ihmisen kuuleman äänen voimakkuus riippuu sekä taajuudesta että kuulijasta Ihmisen kuuloalue on noin Hz Ihmisen kuuloalue on noin Hz Matalat äänet, joita ihmiset eivät kuule ovat infraääniä (norsu) Matalat äänet, joita ihmiset eivät kuule ovat infraääniä (norsu) Korkeat äänet, joita ihmiset eivät kuule ovat ultraääniä (koira) Korkeat äänet, joita ihmiset eivät kuule ovat ultraääniä (koira) Äänen voimakkuuden yksikkö on desibeli (dB) Äänen voimakkuuden yksikkö on desibeli (dB) Kuulokynnys on n. 0 dB Kuulokynnys on n. 0 dB Normaalin puheen voimakkuus on n dB Normaalin puheen voimakkuus on n dB Kipukynnys on n dB Kipukynnys on n dB 5

3. Valo etenee suoraan (Näkyvä) valo on poikittaista sähkömagneettista aaltoliikettä, jonka aallonpituusalue on 380–760 nm (Näkyvä) valo on poikittaista sähkömagneettista aaltoliikettä, jonka aallonpituusalue on 380–760 nm Valkoinen valo koostuu eri aallonpituuksista, jotka hajotettuna nähdään erivärisinä Valkoinen valo koostuu eri aallonpituuksista, jotka hajotettuna nähdään erivärisinä Prisma hajottaa valkoisen valon spektriksi Prisma hajottaa valkoisen valon spektriksi Valo on näkemisen edellytys Valo on näkemisen edellytys Kohteen voi havaita vain, jos kohde lähettää itse valoa tai heijastaa valonlähteiden valoa Kohteen voi havaita vain, jos kohde lähettää itse valoa tai heijastaa valonlähteiden valoa Valaistusvoimakkuuden perusyksikkö on luksi (lx) Valaistusvoimakkuuden perusyksikkö on luksi (lx) Valaistusvoimakkuus heikkenee etäisyyden kasvaessa Valaistusvoimakkuus heikkenee etäisyyden kasvaessa 6

3. Valo etenee suoraan Valon osuessa esineeseen, valo voi heijastua siitä, imeytyä siihen tai mennä sen läpi Valon osuessa esineeseen, valo voi heijastua siitä, imeytyä siihen tai mennä sen läpi Valo etenee suoraviivaisesti tasa- aineisessa väliaineessa Valo etenee suoraviivaisesti tasa- aineisessa väliaineessa Varjon syntyminen johtuu valon suoraviivaisesta etenemisestä Varjon syntyminen johtuu valon suoraviivaisesta etenemisestä Huom! Valo etenee myös tyhjiössä Huom! Valo etenee myös tyhjiössä Valon nopeus tyhjiössä (c) on vajaat 300 Mm/s Valon nopeus tyhjiössä (c) on vajaat 300 Mm/s c = km/s = km/h c = km/s = km/h Valon nopeus on suurin mahdollinen nopeus Valon nopeus on suurin mahdollinen nopeus 7

4. Valo heijastuu peilistä Valonsäde on malli, jonka avulla valonkulkua on helppo kuvata Valonsäde on malli, jonka avulla valonkulkua on helppo kuvata Valo heijastuu aineiden rajapinnassa Valo heijastuu aineiden rajapinnassa Tulokulma on valon tulosuunnan ja heijastavan pinnan normaalin välinen kulma Tulokulma on valon tulosuunnan ja heijastavan pinnan normaalin välinen kulma Heijastuskulma on heijastuneen valon ja pinnan normaalin välinen kulma Heijastuskulma on heijastuneen valon ja pinnan normaalin välinen kulma Heijastuslaki : Valon heijastuessa tulokulma on yhtä suuri kuin heijastuskulma Heijastuslaki : Valon heijastuessa tulokulma on yhtä suuri kuin heijastuskulma 8

4. Valo heijastuu peilistä Peilit ovat kappaleita, jotka ovat valmistettu heijastamaan valoa Peilit ovat kappaleita, jotka ovat valmistettu heijastamaan valoa Tasopeilin pinta on suora ja sen muodostama kuva on valekuva, joka on peilin takana samalla etäisyydellä peilistä kuin esine ja samankokoinen kuin esine. Tasopeilin pinta on suora ja sen muodostama kuva on valekuva, joka on peilin takana samalla etäisyydellä peilistä kuin esine ja samankokoinen kuin esine. Kovera pallopeili kokoaa peiliin tulevat akselin kanssa yhdensuuntaiset valonsäteet polttopisteeseen Kovera pallopeili kokoaa peiliin tulevat akselin kanssa yhdensuuntaiset valonsäteet polttopisteeseen Hammaslääkärin peili Hammaslääkärin peili Kupera pallopeili hajottaa yhdensuuntaiset valonsäteet suuntiin, joiden kuvitellut jatkeet kohtaavat peilin takana olevassa valepolttopisteessä Kupera pallopeili hajottaa yhdensuuntaiset valonsäteet suuntiin, joiden kuvitellut jatkeet kohtaavat peilin takana olevassa valepolttopisteessä Auton taustapeili Auton taustapeili 9

5. Valo taittuu aineiden välisessä pinnassa Optinen tiheys kuvaa aineen kykyä taittaa valoa Optinen tiheys kuvaa aineen kykyä taittaa valoa Mitä tiheämpi aine on optisesti, sitä enemmän se taittaa valoa Mitä tiheämpi aine on optisesti, sitä enemmän se taittaa valoa Taitekulmalla tarkoitetaan taittuneen valonsäteen ja pinnan normaalin välistä kulmaa Taitekulmalla tarkoitetaan taittuneen valonsäteen ja pinnan normaalin välistä kulmaa Valon taittuessa valonsäde on optisesti tiheämmässä aineessa lähempänä rajapinnan normaalia kuin optisesti harvemmassa aineessa Valon taittuessa valonsäde on optisesti tiheämmässä aineessa lähempänä rajapinnan normaalia kuin optisesti harvemmassa aineessa 10 vesi ilma

5. Valo taittuu aineiden välisessä pinnassa Kokonaisheijastuksessa valo ei läpäise aineiden rajapintaa, vaan heijastuu takaisin Kokonaisheijastuksessa valo ei läpäise aineiden rajapintaa, vaan heijastuu takaisin Kokonaisheijastus on mahdollinen kun, Kokonaisheijastus on mahdollinen kun, jos valo etenee optisesti tiheämmästä aineesta optisesti harvempaan aineeseen ja jos valo etenee optisesti tiheämmästä aineesta optisesti harvempaan aineeseen ja jos se saapuu riittävän suuressa tulokulmassa (>kokonaisheijastuksen rajakulma) väliaineiden rajapintaan jos se saapuu riittävän suuressa tulokulmassa (>kokonaisheijastuksen rajakulma) väliaineiden rajapintaan Optiset kuidut ovat esimerkki kokonaisheijastuksen sovelluksesta Optiset kuidut ovat esimerkki kokonaisheijastuksen sovelluksesta 11

6. Linssit suurentavat tai pienentävät Linssit ovat muovista tai lasista valmistettuja läpinäkyviä, kaarevapintaisia kappaleita Linssit ovat muovista tai lasista valmistettuja läpinäkyviä, kaarevapintaisia kappaleita Linssejä käytetään valon kohdentamiseen, kuvan muodostamiseen ja suurentamaan tai pienentämään katseltavaa kohdetta Linssejä käytetään valon kohdentamiseen, kuvan muodostamiseen ja suurentamaan tai pienentämään katseltavaa kohdetta Polttopisteen etäisyyttä linssin keskipisteestä kutsutaan polttoväliksi Polttopisteen etäisyyttä linssin keskipisteestä kutsutaan polttoväliksi 12

6. Linssit suurentavat tai pienentävät Kuperissa linsseissä keskikohta on paksumpi kuin reunat Kuperissa linsseissä keskikohta on paksumpi kuin reunat Kupera linssi kokoaa optisen akselin suuntaiset valonsäteet polttopisteeseen Kupera linssi kokoaa optisen akselin suuntaiset valonsäteet polttopisteeseen Jos esine on kauempana kuperasta linssistä kuin linssin polttopiste, muodostuu linssin toiselle puolelle väärinpäin oleva todellinen kuva Jos esine on kauempana kuperasta linssistä kuin linssin polttopiste, muodostuu linssin toiselle puolelle väärinpäin oleva todellinen kuva Jos esine on polttopisteen ja linssin välissä, muodostuu suurennettu valekuva Jos esine on polttopisteen ja linssin välissä, muodostuu suurennettu valekuva Koverissa linsseissä keskikohta on ohuempi kuin reunat Koverissa linsseissä keskikohta on ohuempi kuin reunat Kovera linssi hajottaa optisen akselin suuntaiset valonsäteet siten, että niiden jatkeet kulkevat valepolttopisteen kautta Kovera linssi hajottaa optisen akselin suuntaiset valonsäteet siten, että niiden jatkeet kulkevat valepolttopisteen kautta Koveran linssin muodostama kuva on aina pienennetty valekuva Koveran linssin muodostama kuva on aina pienennetty valekuva 13

6. Linssit suurentavat tai pienentävät Esineestä muodostuneen kuvan ratkaiseminen piirtämällä Esineestä muodostuneen kuvan ratkaiseminen piirtämällä Kuvapisteen paikan määrittämiseksi riittää, kun tarkastellaan kahta kuvattavasta pisteestä linssiin saapuvaa sädettä Kuvapisteen paikan määrittämiseksi riittää, kun tarkastellaan kahta kuvattavasta pisteestä linssiin saapuvaa sädettä Säde 1 on optisen akselin suuntainen ja Säde 1 on optisen akselin suuntainen ja A) Kuperassa linssissä taittuu kulkemaan polttopisteen kautta. A) Kuperassa linssissä taittuu kulkemaan polttopisteen kautta. B) Koverassa linssissä taittuu siten, että taittuneen säteen jatke kulkee valepolttopisteen kautta. B) Koverassa linssissä taittuu siten, että taittuneen säteen jatke kulkee valepolttopisteen kautta. Säde 2 menee molemmissa linsseissä keskikohdan läpi taittumatta Säde 2 menee molemmissa linsseissä keskikohdan läpi taittumatta 14

6. Linssit suurentavat tai pienentävät Varsinainen kuvapiste muodostuu joko taittuneiden säteiden tai niiden jatkeiden leikkauspisteeseen Varsinainen kuvapiste muodostuu joko taittuneiden säteiden tai niiden jatkeiden leikkauspisteeseen Kuvapisteen avulla muodostetaan esineestä kuva, josta nähdään Kuvapisteen avulla muodostetaan esineestä kuva, josta nähdään onko kuva suurennos, pienennös vai samankokoinen esineeseen verrattuna onko kuva suurennos, pienennös vai samankokoinen esineeseen verrattuna onko kuva valekuva vai todellinen kuva onko kuva valekuva vai todellinen kuva onko kuva ylösalaisin vai samansuuntainen kuin esine onko kuva ylösalaisin vai samansuuntainen kuin esine 15

6. Linssit suurentavat tai pienentävät Silmissä esiintyy taittovirheitä, joiden takia mykiön muodostama kuva ei muodostu terävänä verkkokalvolle Silmissä esiintyy taittovirheitä, joiden takia mykiön muodostama kuva ei muodostu terävänä verkkokalvolle Silmälaseilla korjataan taittovirhe Silmälaseilla korjataan taittovirhe Likinäköisen (näkee lähelle) ihmisen silmässä kuva muodostuu verkkokalvon eteen eli likinäköisen silmä taittaa valoa liikaa Likinäköisen (näkee lähelle) ihmisen silmässä kuva muodostuu verkkokalvon eteen eli likinäköisen silmä taittaa valoa liikaa Likinäköisyys korjataan hajottavalla koveralla linssillä Likinäköisyys korjataan hajottavalla koveralla linssillä Silmälasien taittokykyä kuvataan dioptria-luvulla (D), joka saadaan polttovälin käänteislukuna Silmälasien taittokykyä kuvataan dioptria-luvulla (D), joka saadaan polttovälin käänteislukuna 16

FY2 Aaltoliike