Alkuräjähdysteoria

(The Big Bang Theory)

• Havaintojen mukaan maailmankaikkeus laajenee (Edwin Hubble).

• Laajeneminen voidaan päätellä ns. punasiirtymän avulla -> teorian mukaan tähtiryhmien eli galaksien väliin tulee jatkuvasti uutta avaruutta.

• Laajeneminen alkoi 13,8 miljardia vuotta sitten, jolloin  sekunnissa muodostui lähes ääretön määrä protoneja / neutroneja.

• Atomit syntyivät muutaman sadan tuhannen vuoden kohdalla (rekombinaatio), muistoina kosminen taustasäteily (Penzias & Wilson Nobel 1978).

• Maailmankaikkeuden tarkkaa ikää ja alkuräjähdyksen jälkeistä tilaa voidaa tutkia luotainten tekemien mittausten avulla.

• Tuntematonta ainetta kutsutaan pimeäksi aineeksi.

         -> Näkyvän aineen gravitaatio ei riitä pitämään galakseja koossa.

         -> Pimeys johtuu siitä, ettei pimeä aine lähetä säteilyä ympärilleen.

• Pimeä energia on tuntematonta energiaa, joka vaikuttaa maailmankaikkeuden laajenemiseen.

Perusvuorovaikutukset

Gravitaatiovuorovaikutus

• kaikkien kappaleiden välillä
• aina vetävä
• Esim. galaksiryhmää pitää koossa niiden välinen gravitaatiovuorovaikutus
• Gravitaatiolaki: Kahden kappaleen välinen gravitaatiovoima on suoraan verrannollinen kappaleiden massoihin. Gravitaatiovoima pienenee kappaleiden etäisyyden kasvaessa kääntäen verrannollisesti etäisyyden toiseen potenssiin.

Sähkömagneettinen vuorovaikutus

• kaikkien sähköisten kappaleiden välillä
• vetävä TAI hylkivä
• Esim. Kosketettaessa taulutietokoneen näyttöä, sormen ja pinnan välillä on sähkömagneettinen vuorovaikutus

Vahva vuorovaikutus

• atomien ytimessä, kvarkkien* välillä
• yleensä vetävä
• pitää atomin ytimen koossa

Heikko vuorovaikutus

• kaikkien alkeishiukkasten välillä
• aiheuttaa mm. radioaktiivisia beetahajoamisia**

* = kvarkkeja ovat protonin ja neutronin rakenneosat

** = beetahajoaminen on yksi radioaktiivisuuden muoto

Tasaisen liikkeen malli ja tasaisesti kiihtyvän liikkeen malli

Liike on ilmiö, joka voi tapahtua kappaleelle. Kappaleen liike tapahtuu aina jonkin toisen kappaleen suhteen.

Liikkeen suureita                                                          

• matka s, x, l  yksikkö on m (metri)                                          
• aika t, yksikkö on s (sekunti)                                               
• nopeus v, yksikkö on m/s

Tasaisen liikkeen malli kuvataan koordinaatistossa 

• lineaarisella, nousevalla suoralla, missä pystyakselilla kuvataan matkaa ja vaaka-akselilla aikaa. Kulmakerroin kertoo paikan muutoksen suhteessa ajan muutokseen. Vastaus m/s.
• x-akselin suuntaisella vaakatason suoralla.

Tasaisessa liikkeessä nopeus säilyy samana. Kuljetun matkan voi määrittää nopeuskuvaajan pinta-alan avulla. (Muutos=loppuarvo - alkuarvo) Suoraviivaisessa liikkeessä nopeuden etumerkki kertoo liikkeen suunnan.

Kiihtyvyys ilmoittaa kuinka paljon nopeus muuttuu aikayksikköä kohden

   esim. kappale saa pudotessaan kiihtyvyyden 9,81 m/s²  eli sen nopeus kasvaa jokaista sekuntia kohden 9,81 metriä. Kiihtyvyys on nopeuden muutos/aika

Tasaisesti kiihtyvän liikkeen malli

Liike on useimmiten muuttuvaa, ei tasaista. Muuttuvassa liikkeessä muuttuu nopeuden suuruus tai liikkeen suunta tai nämä molemmat. Kiihtyvyys (a) ilmaisee nopeuden muutosnopeuden. 

Kuvaajasuoran fysikaalinen kulmakerroin t,v -koordinaatistossa ilmaisee kappaleen kiihtyvyyden a:

                       kiihtyvyys a = nopeuden v muutos / muutokseen kulunut aika t

HUOM!
m/s = km/h : 3,6

Putoamisliike

•  Käytetään tunnusta g
•  Laskuissa käytetään arvoa g=9,81 m/s²

Graafinen mallintaminen ja matemaattinen malli

Malli 

• on yksinkertaistus tutkittavasta ilmiöstä
• laaditaan tunnetun tiedon ja miitauksissa saatavien tietojen perusteella
• selitetään ilmiöitä ja tehdään niistä ennusteita
• rajallinen pätevyysalue

Graafisen mallin käyttö

• interpolointi: kuvaajalta voidaan määrittää arvonja havaintopisteiden väliltä
• ekstrapolointi: kuvaajaa voidaan jatkaa alueelle, josta mittaustuloksia ei ole

Graafinen malli on suora; lineaarinen malli

Matemaattinen malli

Matemaattiset mallit kuvaavat suureiden välisiä riippuvuksia.

Fysikaalisen kulmakertoimen määritys: valitse suoralta kaksi pistettä. V, m (massa, tilavuus) koordinaatistossa fysikaalinen kulmakerroin lasketaan määrittämällä suhde: massan muutos/tilavuuden muutos. Suureen muutos lasketaan aina vähentämällä suureen loppuarvosta suureen alkuarvo.