Mehaanika
Kas on võimalik, et keha kiirus on null, kuid kiirendus on nullist erinev? Kui vastate jaatavalt, siis tooge mõni näide sellise olukorra kohta.
Jah on.
Üles visatud keha, hetkel kui keha jõuab oma kõige kõrgemasse asendisse, siis jääb ta küll seisma, aga talle mõjub gravitatsiooniline kiirendus alla.
Pendli läbimisel kõige kaugemat punkti tasakaaluasendist ta kiirus null, kuid kiirendus maksimaalse absoluutväärtusega, sest sel hetkel on kiiruse muut kõige suurem (tasakaaluasendi suunas mõjuv kiirendus on loogiliselt sellest asendist kõige kaugemal kõige suurem).
Kui asetame nööpnõela vette terav ots ees, siis vajub nööpnõel põhja. Kui me aga laseme ta veepinna kohal lahti pinnaga paralleelses asendis, siis jääb nööpnõel pinnale ujuma. Miks?
Terav ots suudab oma teravusega lõhkuda vee pindpinevuse puutepunktis veega ning seejärel, kuna ta on veest tihedam, põhja vajuda. Kui aga panna ta veepinnale horisontaalselt, pole ühelgi nööpnõela osal piisavalt jõudu, et pindpinevust lõhkuda, seega ta ujub.
Kas on õige öelda, et inimkeha juhib hästi elektrit oma kõrge veesisalduse tõttu? Põhjendage.
Ei ole, sest vesi ei ole see aine mis tagab elektri juhitavust. Elektrijuhtivust tagavad vabad laetud osakesed - ioonid, elektronid. Õige oleks öelda, et inimkeha juhib hästi elektrit oma kõrge soolalahuse sisalduse tõttu.
Miks me näeme kuumal päikesepaistelisel suvepäeval asfaldi peal veeloike, mida seal tegelikult ei ole?
Asfalt kuumeneb kergesti. Kui päikesepaiste on tugev, kuumeneb asfalt ja kütab enda kohal olevat õhku. Tekib järsk gradient täpselt asfaldi kohal oleva kuuma õhu ja natuke kõrgemal oleva jahedama õhu vahel.
See ongi "veeloikude" nägemise iva - valgus levib erineva kiirusega kuumas ja külmas õhus. Kuna valguse faasikiirus ja aine murdumisnäitaja on seotud, tähendab see, et õhu kuumenemisega muutub ka see, kui palju valgus murdub. Kui tekib selline järsk gradient nagu asfaldi kohal, läheb valgus lausa paraboolilaadse kaarega tagasi ülespoole - valgus, mis tuleb taevast, ei neeldu asfaldis, vaid murdub.
Meie tajume seda kui valguse peegeldumist ja seepärast on meil kõige lihtsam kujutada seda ette veeloiguna, kuigi tegelikult pole veega siin midagi tegemist.
Universumi teoreetilised piirid
10 astmel 26 kuni 10 astmel -35
Kas on õige väide, et hõõrdejõud pidurdab alati liikumist? Kui vastate eitavalt, siis tooge mõni näide olukorra kohta, kus see nii ei ole.
Hõõrdejõud pidurdab liikumist aga ilma selleta ei oleks võimalik liikuda. Inimene liigub edasi tänu hõõrdejõule, ilma hõõrdejõuta ei oleks võimalik meil ennast edasi lükata, ehk hõõrdejõu tõttu saame me endale üldse kiirust juurde lükata. Kuid sel samal hetkel takistab hõõrdejõud meie jala tagasi libisemist ehk ta ka takistab liikumist ja keha liigub edasi Newtoni kolmanda seaduse järgi.
Miks sulab lumi kõigepealt ära postide ja puude ümbert?
Postid ja puud on lumega võrreldes tumedamad, mis tähendab, et nad neelavad rohkem soojuskiirgust (ja saavad seda seeläbi ka rohkem kiirata) kui lumi ise. See tähendab, et nende ümber läheb kiiremini soojaks ning lumi sulab sealt varem.
Kui hõõruda villase riidega kammi või pastapliiatsit, siis tõmbavad need hiljem külge väikeseid paberitükikesi. Kui aga niisamuti hõõruda metalljoonlauda või nuga, siis tõmbumist ei teki. Miks?
Kamm või pastapliats on dielektrikud - ei juhi elektrit - sellepärast nad hoiavad nende külge "kleepunud" laetud osakesi. Metallid aga juhivad elektrit väga hästi ja sellepärast annavad kohe ära laetud osakesi.
Vill materjalina annab kergesti ära oma elektrone. Kui teda hõõruda kammiga, siis kamm omandab negatiivse laengu. Kui nüüd kammi viia paberitükikeste poole, siis kuigi paber ise pole kuidagi laetud, liiguvad elektronid paberis negatiivsest laengust eemale ja kammi suunas jääb positiivne laeng, mis tõmbub kammi poole.
Plastmassist kammiga selline efekt toimib, sest plast ei juhi elektrit. Kui vill talle oma elektrone loovutab, jääb seesama negatiivne laeng üsna samasse kohta, kuhu hõõrumine ta pani.
Metallid aga juhivad elektrit hästi. See tähendab, et kui vill oma elektrone talle loovutab, viib metall need lihtsasti endast läbi ja annab edasi. See tähendab, et metallile endale on raskem anda mingit elektrostaatilist laengut, sest metalli juures pole midagi nii staatilist.
Jää on läbipaistev. Miks siis lumi on valge ja mitte-läbipaistev? Ta on ju samuti tahke vesi.
Lumi on väikeste jääkristallide ja õhu segu. See tähendab, et kui valgus langeb lumele, siis ta murdub mingis jääkristallis, lahkub sellest ja teeb seda mitu korda. Seega, sõltuvalt sellest, kuidas täpselt valguskiir lumele langeb, võib ta sealt lõpuks lahkuda ja vaatleja silma jõuda hoopis teistsuguse nurga all - kui ka enne lumega kohtumist oli valgusvihk mingis konfiguratsioonis, siis sealt väljudes ta seda enam ei ole.
Jää on samas väga kindla struktuuriga, temas pole palju õhutaskuid. Seega on valguse teel vaid üks murdumispind, mitte mitu tuhat või rohkem. Seega saab valgusvihk langeda jääle, peegelduda tagasi jääaluselt pinnalt ja läbi jää jõuda meie silma nii, et me näeme jääalust pinda.
Bioloogia uurimisvaldkonna piirid
10 astmel -7 kuni 10 astmel 0
ehk... viirustest inimeseni
Kirjeldage kõiki energia muundumisi kaugushüppel. Miks kaugushüppaja tõstab hüppe algul käed üles, aga hüppe lõpul tõmbab end kägarasse?
Kaugushüppaja tõstab hüppe algul käed üles, aga hüppe lõpul tõmbab end kägarasse selleks, et lennates anda oma kehale lisakiirendust ja energiat oma keha erinevate osade inertsi abil. Hüppaja tõmbab ennast lõpus kägarasse, sest nii vähendab ta enda õhutakistust ning liigub sama jõudu rakendades kaugemale, kui siruli olles.
Joostes muundab hüppaja oma kehas keemiliste sidemete energiat kineetiliseks energiaks, mis teda kiiruse ja kiirenduse näol edasi viivad. Jõudes hüppekohani, annab hüppaja endale kiirust ja kiirendust teises suunas, et hüpata. Üles hüpanud, muundub tema kineetiline energia potentsiaalseks energiaks.
Vesi hakkab enne keemaminekut kahisema, sest keedukannu põhjast ülespoole kerkivad aurumullid põrkuvad omavahel, tekitades kõnealust heli. Miks mullid esialgu pinnale ei jõua?
Alguses pole veel veemullide ruumala piisavalt suureks saanud, et vee ülestõukejõud ületaks vee rõhu poolt avaldatavat jõudu. Kui mull saab piisavalt suureks, siis ta tõuseb ja sellega saab veerõhk veel väiksemaks ja mull veel suuremaks nii, et mull tõuseb kiirenevalt.
Kui suruda tükk ajalehepaberit vastu sooja ahju ja veidi hõõruda, siis jääb paber ahju külge kinni. Külma ahju korral see katse aga ei õnnestu. Miks?
Temperatuuri tõstmisel aine (metalli) dielektrilised omadused suurenevad ja hõõrudes paberit ahju vastu laeme nad vastastikmärgilistega laengutega ja nad tõmbuvad teineteise külge. Kui külma ahju paberiga hõõruda siis viib ahi kogu laengu ära - kuna aga kuuma metalli takistus on palju suurem kui külma (osakeste võnkumine takistab) siis ei vii ahi laengut nii kiiresti ära ning laengud jäävad pindade vahel erimärgilisteks. Siin toimub sama printsiip: mida rohkem juhib keha elektrit, seda vähem saab toimida elektrostaatiliste laengute kaudu tõmbejõud. Kuum materjal juhib külmast materjalist vähem elektrit, seega toimub efekt ainult kuuma ahju korral.
Miks on hõõglambi valgus päikesevalgusega võrreldes kollane? Hõõgniiti läbi päikeseprillide vaadates märkame, et hõõgniit on hoopis punane. Miks?
Päikeselt tuleb põhimõtteliselt valge valgus - valgus, kus kõik lainepikkused on esindatud. Hõõgniidis on aga rohkem kollaseid ja punaseid toone, mis on infravalgusele lähemal, sest hõõgniidi toimeprintsiip toetub soojuskiirgusele, mis ongi infrapuna.
Päikseprillid blokeerivad teatud lainepikkustega valguseid, mida tuleb päikeselt kõige rohkem. Nendeks on kollased ja rohelised toonid. See tähendab, et kui päikseprillid ette panna, on vähem näha hõõgniidi kollaseid toone, aga rohkem punaseid, sest neid päikseprillid nii palju ei blokeeri.
Kaugus Maast Päikeseni
10 astmel 11
Millise asendi peab võtma vettehüppaja kohe pärast hüpet, et ta teeks õhus võimalikult palju pöördeid? Miks?
Võimalikult väikse ehk kerra tõmbama. Siis on keha inertsimoment väiksem ja keha pöörleb kiiremini. Kehtib impulsimomendi jäävuse seadus - suletud süsteemi impulsimoment on jääv suurus. Impulsimoment on inertsimomendi ja nurkkiiruse korrutis. Ehk kui ta tõmbab ennast kägarasse siis peab nurkkiirus suurenema, et kehtiks impulsimomendi jäävuse seadus
Veeklaasis ujub jäätükk. Kui see ära sulab, kas siis veetase tõuseb, langeb või ei muutu? Põhjendage vastust.
Veetase ei muutu. Jäätükk on oma massi jagu vett juba välja tõrjunud ja tiheduse erinevuse tõttu on osa sellest veest väljas. Ruumalamuutuse tõttu muutub jäätükk sulades lihtsalt üha väiksemaks, aga veetase ei muutu
Kummist veevooliku järsk kõverdamine suurendab takistust (vähendab voolamise kiirust). Miks aga elektrijuhtme kõverdamine tema takistust ei muuda?
Sest vee voolamisel ja elektrivoolul on fundamentaalne erinevus mikrotasandil - vee voolamisel, kui fikseerime ühe osakese, mis alustab vooliku algusest, siis see osake ka lõpetab aiamurul arvestataval kiirusel. Vee voolamise kiirus ja veemolekulide liikumiskiirus on omavahel rohkem seotud kui elektrivoolu ja elektronide liikumise kiirus.
Ühe elektroni suunatud liikumine on väga aeglane ning elektrivoolu suunatud kiirus ei tulene sellest liikumisest. Elektronid hoopis põrkavad, annavad üksteisele järjest energiat nii, et laeng liigub kiirelt, aga elektronid ise aeglaselt. See võimaldabki seda, et takistus ei sõltu elektrijuhtme kõverdamisest.
Miks on märjad esemed kuivadest tumedamad?
Eksisteerib seos murdumisnäitaja ja selle vahel, kui palju valgus peegeldub. Mida suurem on murdumisnäitaja, seda rohkem valgust peegeldub ka aine pinnalt tagasi. Vee murdumisnäitaja on suurem kui õhul, aga väiksem kui tahketel materjalidel nagu näiteks puuvillane riie. See tekitab efekti, et märjaks saanud esemes olev vesi peegeldab oma väiksema murdumisnäitaja tõttu vähem valgust tagasi ning seepärast tundub ese tumedamana.
Päikese läbimõõt
10 astmel 9
Mõnikord väidetakse, et iga vedelikku asetatud keha kaotab osa oma kaalust. Kas see on õige?
Otseselt mitte. Kaal ehk jõud, millega gravitatsioon mõjub kehale, on sama nii vees kui õhus kui muus aines. Samas toimib vees kaalule vastassuunaline vee üleslükkejõud, mis teeb keha näiliselt kergemaks.
Miks on seintel paiknevate radiaatorite kohal seinad oluliselt rohkem määrdunud?
Radiaator kütab õhku enda ümber. Tekkiv soe õhk võtab kaasa mustust radiaatori seest ja mujalt ümbrusest. Kui soe õhk satub kontakti külma seinaga, siis õhust välja kondenseeruva veeauruga seotud tolmu- ja mustuse osakesed jäävad seinale.
Miks elektrilambi hõõgniit kuumeneb ja kiirgab valgust, kuid lambi ühendusjuhtmed on täiesti külmad? Mõlemaid läbib ju ühesuguse tugevusega vool.
Hõõgniidi ristlõikepindala on väga väike ja sellepärast on selle takistus väga suur. Elektronid tõukuvad seal teineteisest ja teistest osakestest väga tihti - nii, et nende põrkamiste energia muutub soojuseks ja valguseks.
Millise (suure, keskmise või väikese) aatommassiga keemiliste elementide osakaal suureneb looduses pidevalt tuumareaktsioonide tagajärjel? Miks on see nii?
Tuumareaktsioonide tagajärjel suureneb keskmise aatommassiga elementide osakaal. Kaks peamist tuumareaktsiooni on kergete tuumade liitumine (vesinikpommi mehhanism) ja raskete tuumade (nt uraanium) lõhustumine. Samas on raskete tuumade lõhustumine mingi neutroniga põrke tõttu levinum protseduur (lihtsam kontrollida ja kergem sobivaid tingimusi luua), see mõjutab rohkem küsitavat osakaalu. On loomulik, et sellised reaktsioonid suurendavad keskmiste raskustega aatomite osakaalu.
Leptonid ja kvargid
10 astmel -18