2.2 Esimerkkejä ja teknisiä harjoitustehtäviä

Osaatko tehdä seuraavat toiminnot?

  • Akselin suureiden valinta ja vaihtaminen
  • Uuden sarakkeen luominen (sekä manuaalisen sarakkeen että lasketun sarakkeen luominen)
  • Uuden kuvaajan luominen taulukkoarvoista ja mittauspisteiden lisääminen näkyväksi kuvaajassa
  • Yhdistä pisteet -komennon käyttö, kun mittauspisteet ovat toistensa päällä
  • Lineaarisen funktion käyttö
    • suoran sovittaminen pistejoukkoon
    • suoran pakotus origoon
  • Muiden funktioiden käyttö
    • tunnistetaan tilanne: liittyykö jokin tietty matemaattinen funktio fysikaaliseen ilmiöön ja valitaan sopiva funktio vaihtoehdoista
    • funktion kertoimien muuntelu manuaalisesti
  • Kuvaajan analysointi paloittain tai vain osasta mittauspisteitä
    • analysoidaan vain osaa mittauspisteitä, koska loppu pistejoukosta ei liity tutkittavaan ilmiöön tai tutkittavan tilanteen fysikaalinen luonne on muuttunut
    • kuvaajaan sovitetaan erilaisia funktioita, koska fysikaalinen tilanne on muuttunut mittauksen eri vaiheissa
  • Hetkellisen muutoksen määrittäminen: tangentti
  • Arvojen määrittäminen sovitusta funktiosta: interpolointi ja interpolaatiolaskuri
  • Pinta-alan määrittäminen: graafinen integrointi
  • Virheellisen mittauspisteen piilottaminen

Esimerkki 1 - suoran sovitus ja ekstrapolointi

Tuntematonta nestettä kaadettiin mittalasiin. Nesteen tilavuus ja massa mitattiin, jolloin saatiin oheisen taulukon mukaiset tulokset. 

Tilavuus (ml) 12 45 89 130 155
Massa (g) 9,5 39 78 114 133

a) Esitä tulokset graafisesti ja määritä tutkitun nesteen tiheys.
b) Määritä kuvaajaa hyödyntäen kuinka suuri on nesteen massa, kun sitä on 0,85 litraa.

Näytä ratkaisu

Esimerkki 2 - Datan tuominen liitetiedostosta / graafinen integrointi / graafinen derivointi

Henkilöautolla ajettiin noin 20 sekunnin ajan. Auton nopeutta mitattiin ajan suhteen, jolloin saatiin liitteen mukaiset tulokset.

a) Esitä auton nopeus aika–nopeus-koordinaatistossa.

b) Määritä auton suurin nopeus yksikössä km/h.

c) Määritä auton suurin kiihtyvyys tai hidastuvuus aikavälillä 2,00...18,00 s.

d) Määritä auton mittauksen aikana kulkema matka.

e) Määritä auton keskinopeus mittauksen aikana.

Näytä ratkaisu 

Esimerkki 3 - käyrän sovitus / ekstrapolointi

Kivenmurikka pudotettiin korkealta jyrkänteeltä. Videolle kuvatusta putoamisliikkeestä määritettiin kiven putoama matka puolen sekunnin välein. Tulokset ovat taulukossa.

Aika (s) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Matka (m) 1,2 4,7 10,2 18,0 28,5 40,8

a) Esitä paikka graafisesti ajan funktiona.
b) Määritä kuvaajan avulla putoamisen kiihtyvyys.
c) Määritä kuvaajasta kuinka kauan kestää, että kivi on pudonnut 35 m.

Näytä ratkaisu

Tehtävä 101 kuvaajan luominen ja analysointi

Tutkitaan esimerkiksi pallon pomppimista.

a)
Käytä aineiston Logger pro -tiedostoa pallon pomppu. Piirrä nopeuden kuvaaja. Poista pisteitä yhdistävä murtoviiva. Huomioi, että mittauspisteet ovat näkyvissä kuvaajassa.

b)
Mittauspisteiden joukossa on yksi virhepiste. Yliviivaa virhepiste, jotta mittauspiste ei esiinny kuvaajassa. Älä kuitenkaan poista pistettä.

c)
Selitä kuvaajan muoto. Vastauksesta on käytävä ilmi, mikä on pompun vaihe mittauksen alkaessa ja mitkä muut pompun vaiheet kuvaajassa näkyvät.

d)
Määritä nopeuden kuvaajasta pallon kiihtyvyys, kun pallo on ilmassa. Arvioi, kuinka monta prosenttia ilmanvastus on pallon painosta mittauksen perusteella.

e)
Määritä nopeuden kuvaajasta pallon pomppukorkeus. Kuinka monta suuri on pomppukorkeuden muutos peräkkäisten pomppujen välillä?

f)
Aineiston toisessa taulukossa ovat pallon paikan mittauspisteet. Lisää mittaustuloksiin manuaalinen sarake ja liitä paikan arvot sarakkeeseen.

g)
Piirrä kuvaaja, jossa samaan aikaan ovat näkyvissä sekä nopeuden kuvaaja että paikan kuvaaja. Aseta paikan asteikko kuvaajan oikeaan reunaan.

h)
Lisää uusi laskettu sarake. Laske sarakkeeseen paikalle uudet arvot, jossa paikan yksikkö on metri.

i)
Analysoi paikan kuvaajaa. Sovita mittauspisteisiin sopiva funktio. Perustele funktion tyypin valinta.

j)
Käytä Interpoloi-työkalua ja määritä pallon paikka hetkellä [[$t_1$]].

k)
Määritä paikan kuvaajasta pallon nopeus hetkellä [[$t_2$]] sekuntia.

l)
Miten hetkellinen kiihtyvyys määritetään nopeuden avulla? Tee uusi laskettu sarake. Laske sarakkeeseen koripallon kiihtyvyys nopeuden mittauspisteiden avulla. Piirrä kiihtyvyyden kuvaaja. Kuvaajaan ei tarvitse sovittaa suoraa.

Tehtävä 102 idealisoitu kuvaaja

Kappale A on tarkastelun alkuhetkellä tasaisessa liikkeessä ja liikkuu nopeudella [[$4,5 \ \mathrm{m/s}$]]. Kappale B on tarkastelun alkuhetkellä paikallaan ja tasaisesti kiihtyvässä liikkeessä. Kappaleen B kiihtyvyys [[$2,0 \ \mathrm{m/s^2}$]]. Kappaleen B kiihdytys kestää, kunnes se saavuttaa nopeuden [[$6,0 \ \mathrm{m/s}$]].

a)
Piirrä samaan koordinaatistoon kappaleiden idealisoidut nopeuden ja paikan kuvaajat aikavälillä [[$0...6,0 \ \mathrm{s}$]].

b)
Milloin kappaleiden nopeudet ovat samat? Selvitä kuvaajan perusteella.

c)
Milloin kappaleet ovat liikkuneet yhtä pitkän matkan? Selvitä kuvaajan perusteella.