Valintakoe 1 demo

Osassa tehtävänannoista on ilmoitettu pelkän vastauksen riittävän. Muissa tapauksissa tehtävän ratkaisu on kirjoitettava välivaiheineen vastausruutuun.

Tehtävä 1 (osiot 1A-1C) (60 p)


Merkitse vastausmonisteen taulukkoon rasti (X) kuhunkin kohtaan parhaiten sopivan
vastausvaihtoehdon (vain 1 kpl) kohdalle.
Kunkin osion 1A-1C vähimmäispistemäärä on 0 p ja maksimipistemäärä 20 p. Koko tehtävän 1
vähimmäispistemäärä on näin ollen 0 p ja maksimipistemäärä 60 p.
Yksittäisten kohtien pisteytys:
Oikea valinta = +1 p
Väärä valinta tai valittu useampi vaihtoehto = -0,5 p
Ei valintaa = 0 p
Osio 1A (20 p)

  1. Vesistön rehevöitymisen seurauksena syntyvän happikadon seurausta ei ole

2. Bakteeri-infektiossa tyypillisimpiä puolustussoluja ovat

3. Veren hyytymiseen tarvitaan

4. Valon kulkusuunnan mukaisesti verkkokalvon solujen järjestys on

5. HI-virus käyttää isäntänään

6. Näköaivokuori sijaitsee aivojen

7. DNA:n kahdentuminen tapahtuu solusyklin

8. Malariasta

9. Nukleiinihappojen elektroforeesissa

10. Viruksista

11. Lihassupistuksessa sarkoplasmakalvostosta vapautuu

12. Tärkein luontainen kasvihuonekaasu on

13. Rehevöityminen johtuu

14. Mikä seuraavista eläinten pääjaksoja koskevista väitteistä ei pidä paikkaansa?

15. Mikä kasvihormoni saa kasvin kasvamaan valoa kohti vaikuttamalla kasvin varjon puoleisiin
soluihin?

16. Ammoniumioneja muuttavat nitraateiksi maaperässä

17. Mikä hormonia käytetään synnytyksen keinotekoiseen käynnistämiseen?

18. PCR-tekniikasta

19. DNA:sta

DNA:sta

20. Downin syndrooma on seurausta  


Osio 1B (20 p)

  1. Elektronikonfiguraatio 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 kuvastaa ionia

22. Tinan elektronikonfiguraatio on

23. Propadieenissä on

24. Bentseenirenkaan hiilet

25. Kondensaatioreaktiossa

26. Polykondensaatiolla polymeerin voi muodostaa

27. Translaatiossa polymeerin muodostukseen tarvittava energia saadaan

28. Daniellin parissa

29. Massaspektrometrian avulla voidaan suoraan havaita yhdisteen

30. Titrattaessa muurahaishapon vesiliuosta tarvitaan

31.. Titrauskäyrällä korkeimman kulmakertoimen kohdalta voidaan lukea

32. . Vihreän kemian periaatteiden mukaisesti atomiekonomialla tarkoitetaan

33. Vihreän kemian periaatteiden mukaan tulee suosia

34. Vihreän kemian periaatteiden mukaan saastumisen analysoinnin tulee

35. Biologiset entsyymikatalyyttiset reaktiot tuottavat

36. Jotta orgaanisella yhdisteellä voisi olla optisia isomeereja, täytyy siinä olla

37. Fosforihappo on kolmenarvoinen happo. Sen molekyylikaava on

38. Fosforihappo on myös tärkeä solunsisäisenä puskurina. Sen pKa-arvot ovat 2,14, 7,20 ja
12,37, minkä takia

39. 0,5 mol/l etikkahappoliuoksen (Ka = 1,75 · 10^-5) pH on

40. 0,2 mol/l rikkihappoliuoksen pOH on

Osio 1C (20 p)

  1. Termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön mukaan

42. Optisen kuidun toiminta perustuu

43. Tasaisessa ympyräliikkeessä olevan auton lepokitkan suunta on

44. Kaksi jousta (jousivakiot k1 = 50 N/m, k2 = 100 N/m) on kiinnitetty vierekkäin kattoon.
Jousiin kiinnitetään yhteinen punnus (m = 0,5 kg). Kuinka paljon jousisysteemi venyy
tasapainoasemastaan?

45. Mikä on kondensaattorisysteemin (kolme 5,0 mikrofaradin kondensaattoria
rinnankytkettynä) energia 230 V latausjännitteellä?

46. Röntgenputkessa kiihdytetään elektroneja 22 kV:n jännitteellä.

47. Kalorimetriin, jossa on 0,5 kg 60 ˚C vettä, lisätään 0,5 kg 0˚C jäätä. Mikä on systeemin
loppulämpötila, kun kalorimetrin C = 75 J/K?

48. Protoni saapuu kohtisuorasti magneettikenttään, jonka B = 50 mT. Mikä on protonin nopeus,
jos se päätyy ympyräradalle, jonka halkaisija on 30,0 cm?

49. Huygensin periaatteen mukaan

50. Induktiolieden toiminta perustuu

51 .Lasersäteilystä voidaan todeta, että

52. Montako interferenssimaksimia hilan, jonka hilavakio on 0,00042 m, takana 3,0 m:n päässä
olevalle varjostimelle voi syntyä, jos hilaa valaistaan monokromaattisella valolla (aallonpituus 660
nm)?

53. Missä seuraavista tilanteissa esiintyy kiihtyvää liikettä?

54. Protoni koostuu ?

55. Paljonko hississä seisovan ihmisen (m = 70 kg) alla oleva vaaka näyttää, kun hissiin
kohdistuvien voimien resultantti on 200 N ja suunta suoraan ylöspäin?

56. Keplerin lakien mukaan

57. Isoterminen prosessi on

58. Elektroninsieppauksessa

59. Äänilähde liikkuu nopeudella 10,0000 m/s, ja havaitsija yrittää saada äänilähteen kiinni
juoksemalla nopeudella 5,0000 m/s kohti lähdettä. Millä taajuudella havaitsija kuulee äänilähteen
emittoiman äänen (perustaajuus 1000,0 Hz)?

60. Säteilyn intensiteetistä tiedetään, että sen

Tehtävä 2 (9 p)

Täydennä tekstiin puuttuvat termit (enintään kaksi sanaa per kohta).
Epigeneettinen säätely tarkoittaa sitä, että ympäristöolosuhteet ohjaavat (1) inaktivoimalla niitä (2)
muuttamatta. Epigeneettisen säätelyn vuoksi saman geneettisen informaation sisältämät solut voivat
jakautumisen myötä erilaistua ja toimia hyvin eri tavoin. Näiden muutosten periytymistä
jälkeläisille kutsutaan (3). Yleinen esimerkki epigeneettisestä säätelystä on naisilla toisen (4).
Epigeneettistä säätelyä tapahtuu pienissä määrin myös ituradan kantasoluissa, joista syntyy
sukusoluja. Näin ollen sukusoluissa on valmiiksi inaktiivisia (5). Tästä syystä (5) alkuperä, eli
tulevatko ne äidiltä vai isältä, vaikuttaa niiden ilmentymiseen. Tätä ilmiötä kutsutaan (6).
Epigeneettinen säätely voi tapahtua usealla eri tavalla. Esimerkiksi (7) liittäminen DNA:n sytosiinin
tai (8) estää transkription. Näistä jälkimmäinen saa aikaan sen, että kromatiinirihma on (9), joka on
transkription kannalta epäsuotuisa muoto.

Tehtävä 3 (7 p)


a. Nimeä oheisen sydäntä esittävän kuvan numeroidut rakenteet 1-8. (4 p)
b. Miksi sydämen syke kohoaa kuumassa säässä? Miksi näin käy etenkin kosteassa
ilmastossa? (3 p)

Tehtävä 4 (9 p)


Olet töissä bioteknologian tutkimuslaboratoriossa. Eräänä aamuna tullessasi töihin sinua odottaa
yllätys: joudut kouluttamaan harjoittelijaa työsi ohessa. Harjoittelijasi on taitanut jättää kirjojen
lukemisen vähemmälle, joten joudut opastamaan häntä kädestä pitäen. Neuvo häntä lyhyesti ja
ytimekkäästi; harjoittelijalla on tilaa muistiinpanoille vain vastaustilan verran.

a. Päivän aikana sinun tulee opettaa hänelle, kuinka siirtogeeninen hiiri pääpiirteittäin
valmistetaan. (4 p)

b. Harjoittelijallesi on myös bioteknologian käsitteistö hieman epäselvää. Joudut
selventämään hänelle seuraavat käsitteet. (5 p)
i.Heteroosi
ii.Kolkisiinikäsittely
iii.Protoplasti
iv.Genominen geenikirjasto
v.Konjugaatio


Tehtävä 5 (10 p)


Merkitse, ovatko seuraavat väittämät 1-6 oikein (O) vai väärin (V)..
Pisteytys:
Oikea vastaus = 1 p
Väärä vastaus = -1 p
Vastaamatta jättäminen = 0 p
Alin mahdollinen kokonaispistemäärä 0

  1. Fossiilien syntyminen on harvinaista. Se on mahdollista vain, mikäli eliö kuolee anaerobiseen
    tilaan, sillä tällöin eliön rakenteita ei päästä hapettamaan, ja ne säilyvät.

2. Mikroevoluutio tarkoittaa sitä, että lajin yksilöt kehittävät itselleen mikrotason pienten muutosten
kautta uutta geneettistä informaatiota erilaistuen vähitellen eri lajeiksi.

3. Maantieteellinen isolaatio voi johtaa saman lajin yksilöiden eriytymiseen kahdeksi eri
populaatioksi. Tällöin tapahtuu todennäköisesti tasapainottavaa valintaa.

4. Mutaatiot ovat yleensä haitallisia, mutta jotkin mutaatiot voivat sopivissa olosuhteissa olla
hyödyllisiä, sillä ne luovat materiaalia evoluutiolle. Jos mutaatioita ei tapahtuisi ollenkaan,
evoluutio ei voisi edetä.

5. Bakteereissa voi tapahtua evoluutiota melko nopeasti, koska bakteerit ovat haploidisia, lisääntyvät
nopeasti sekä kykenevät konjugaatioon ja transformaatioon.

6. Nykyihmisen aivot ovat kooltaan noin 1 350 kuutiosenttimetriä. Ihminen on aivojensa koon
tähden oppimiskyvyltään ylivertainen muihin nisäkkäisiin verrattuna.

Tehtävä 6 (10 p)


Maapallolla on käynnissä tällä hetkellä kuudes sukupuuttoaalto ja luonnon monimuotoisuus on
uhattuna. Tähän mennessä tutkituista lajeista yli 27 000 on luokiteltu ympäristönsuojelujärjestöjen
mukaan uhanalaisiksi, ja uhanalaisten lajien määrä kasvaa vuosi vuodelta. Suomessakin on arvioitu
olevan noin 2 000 uhanalaista lajia. Uhanalaiset eläin- ja kasvilajit kärsivät yksilöiden
vähenemisestä seuraavasta populaatioiden köyhtymisestä ja lopulta vaarana on sukupuutto. Vain
hyvin harvojen lajien uhanalaisuutta voidaan arvioida kunnolla, koska niitä tunnetaan yhä huonosti.
Osa lajeista kuolee sukupuuttoon jo ennen kuin ihminen on niitä edes löytänyt.

a. Millaiset ominaisuudet voivat tehdä lajista uhanalaisen? (7 p)

b. Selitä seuraavat käsitteet lyhyesti (1-2 lausetta). (3 p)
i.Syrjäyttävä kilpailu
ii.Vieraslaji
iii.Amensalismi

Tehtävä 7 (7,5 p)


Matias ja Emilia ovat kokeneita sukeltajia ja siten tuntevat myös ilmiön nimeltä sukeltajantauti.
Pääosa kuplista syntyy laskimoverenkierrossa. Siellä kuplaa käsitellään kuin vierasesinettä, jonka
verihiutaleet ja valkosolut yhteistyössä yrittävät poistaa.
a. Veressä on ionien, erilaisten proteiinien ja veren solujen lisäksi siis myös kaasuja. Miten
happi siirtyy keuhkoista vereen? Miten happea ja hiilidioksidia kuljetetaan veressä? (2,5 p)


b. Kuplan poistamisessa verihiutaleet ja valkosolut tekevät yhteistyötä. Seuraavissa
monivalinnoissa käsitellään eri valkosolutyyppien ominaisuuksia. Valitse kaikki valkosolutyypit,
joilla on kyseinen ominaisuus tai ne liittyvät kyseiseen tehtävään. (5 p)

Pisteytys:
Monivalintakohta täysin oikein +0,5 p. Kohdassa virhe -0,5 p. Tyhjä monivalinta 0 p.
Jos kuitenkin mielestäsi mikään valkosolutyyppi ei sovi kohtaan, jätä vastaamatta kyseiseen
kohtaan. Tästä b-osiosta ei voi saada vähempää kuin 0 p.


Granulosyytti

Agranulosyytti

Allerginen reaktio

Muistisolujen muodostus

Pääasialliset fagosyytit

Liuskoittumaton tuma

Parasiittien tuhoaminen

Plamsasolujen muodostus

Kehittyminen makrofageiksi

Kehittyvät megakaryosyyteistä

Tehtävä 8 (8 p)


Natriumbentsoaatti (M=144 g/mol) on bentsoehapon suola, jota käytetään elintarviketeollisuudessa
säilöntäaineena. Jos virvoitusjuomaa säilytetään korkeassa lämpötilassa, natriumbentsoaatti voi
yhdessä askorbiinihapon kanssa muodostaa karsinogeenista bentseeniä. Bentsoehapon happovakio
on 6,5∙10−6 mol/dm^3. Mikä on suolaliuoksen pH, kun liuos sisältää 11,52 g natriumbentsoaattia
2,0 litrassa liuosta?

Käytä tarvittaessa likiarvoja:
log(0,53183)=−0,2742; log(0,03265∙10−4)=−5,4861
log(0,09277)=−1,0349; log(0,07876∙10−4)=−5,1037

Tehtävä 9 (7 p)


Ilmansaasteet ovat pääasiassa vastuussa happamasta laskeumasta, joka vahingoittaa metsä- ja
vesiekosysteemejä sekä rakennuksia.
a. Sadevesi on luonnostaan lievästi hapanta. Mistä tämä johtuu? Perustele reaktioyhtälön
avulla. (1 p)
b. Märkälaskeuma syntyy, kun ilmansaasteiden happamoittavat yhdisteet reagoivat sadevesien
kanssa. Mitkä yhdisteet ovat pääasiassa vastuussa sadevesien voimakkaasta happamoitumisesta?
Anna esimerkki sadevesien happamoitumisesta reaktioyhtälön muodossa. (1 p)
c. Mainitse lyhyesti neljä happamoitumisen vaikutusta metsäekosysteemien havupuissa. (2 p)


d. Ovatko seuraavat väittämät väärin vai oikein? (3 p)
Pisteytys:
Oikein valittu väittämä 0,5 p, väärin valittu väittämä -0,5 p/kohta, valitsematta jättäminen 0
p/kohta.
Happamoitumisen alkuvaiheessa puiden kasvu yleensä parantuu.

Harsuuntuminen tarkoittaa neulaspuiden rungoilla elävien naavojen ja luppojen harvenemista
happamoitumisen seurauksena.

Puilla kasvavat jäkälät ovat hyviä bioindikaattoreita happamoitumisen suhteen.

Suomen metsillä on erittäin hyvä puskurointikyky happamoitumista vastaan.

Kuivalaskeumassa happamoittavat yhdisteet laskeutuvat maahan painovoiman vaikutuksesta.

Järven happamoitumisen seurauksena järvivesi yleensä kirkastuu.

Tehtävä 10 (10 p)


a. Lääkäri löytää pitkän työvuoron jälkeen taskujensa pohjalta epämääräisen kasan pillereitä.
Hoitajaa alkaa kovasti kiinnostua, mitä nämä kyseiset pillerit oikein ovat. Hän lähettää ne
lääkelaboratorioon tutkittavaksi, jossa laborantit onnistuvat selvittämään, että ne sisältävät 60,01 m-
% hiiltä, 35,51 m-% happea, 4,477 m-% vetyä ja moolimassa on alle 200 g/mol. Mikä on
lääkeaineen molekyylikaava? (4 p)


b. Laboratoriossa käytetään usein butaanipoltinta reagenssien lämmittämiseen. Polttimen säiliö
sisältää 1,53 dm^3 butaania 2,0 baarin paineessa ja 25 C:n lämpötilassa, kun taas happea on
samoissa olosuhteissa 19,7 gramman verran. Kaasupoltin sytytetään palamaan ja reaktiossa syntyvä
hiilidioksidi kerätään talteen 12 dm^3 astiaan ja lämmitetään 66,0 C:n lämpötilaan. Mikä paine
vallitsee hiilidioksidia sisältävässä astiassa reaktion loputtua? Oletetaan kaasun käyttäytyvän
ideaalikaasun tavoin, hiilidioksidin olevan ainoa talteen kerätty kaasu ja reaktioiden tapahtuvan
täydellisesti ilman sivutuotteita. Pelkkä vastaus riittää. (6 p)

Tehtävä 11 (10 p)

a. Eräitä typen mahdollisia hapetuslukuja ovat -III, +III ja +IV. Perustele, miksi nämä ovat
typelle edullisia. (3 p)
b. Tasapainota oheinen reaktioyhtälö. Merkitse vastaukseen myös tasapainotetut
puolireaktiot. (3 p)
Ag (s)+NO3− (aq)+ H2O (l)→Ag+ (aq)+NO (g)+OH− (aq)
c. Mitokondrion elektroninsiirtoketjun neljännessä kompleksissa sytokromi c:n hemiryhmän
rauta reagoi vedyn kanssa, minkä jälkeen vety muodostaa hapen kanssa vettä. Oheinen
reaktioyhtälö kuvaa koko reaktiota. Selitä elektronien siirtyminen ja hapetuslukujen muutokset
molemmissa osareaktioissa. (4 p)
4 𝐻+ (𝑎𝑞)+ 4 𝐹𝑒2+ (𝑎𝑞)+𝑂2 (𝑎𝑞)→4 𝐹𝑒3+ (𝑎𝑞)+2 𝐻2𝑂 (𝑙)
(Reaktionuolena voi käyttää viivaa ja suurempi kuin -merkkiä ”->”.)

Tehtävä 12 (15 p)


Spektrofotometri on laite, jonka avulla voidaan määrittää aineiden pitoisuuksia liuoksissa. Laitteen
toiminta perustuu Lambert-Beerin lakiin, jonka mukaan valon absorption määrä on suoraan
verrannollinen sen liuoksessa kulkemaan matkaan sekä liuoksen konsentraatioon. Määrityksessä
tutkittava näyte asetetaan spektrofotometriin erityisessä mittausastiassa, kyvetissä, jonka halkaisija
on 1,0 cm. Tämän jälkeen kyvetin läpi ohjataan valoa, ja laite mittaa näytteen absorbanssin eri
aallonpituuksilla. Näytteen konsentraatio voidaan tämän jälkeen laskea kaavalla A = εcl,
jossa A on näytteen absorbanssi, ε aallonpituudesta riippuva aineen molaarinen absorptiviteetti, c
aineen konsentraatio ja l valon näytteessä kulkema matka. Mikäli näyte sisältää useita absorboivia
komponenttaja, on näytteen kokonaisabsorbanssi sen komponenttien absorbanssien summa. Yleensä
absorbanssi määritetään sen aallonpituuden mukaan, jota tutkittava näyte absorboi voimakkaimmin.
Hemoglobiini (M=64 456 g/mol) on kahdesta α- ja kahdesta β-globiinista sekä neljästä
hemiryhmästä koostuva proteiini, jonka pääasiallinen tehtävä elimistössä on kuljettaa happea
keuhkoista perifeerisiin kudoksiin. Kukin hemiryhmä pystyy sitomaan yhden happimolekyylin.
Hemoglobiini voi esiintyä joko R- tai T muodossa. R-muodolla on suuri affiniteetti happeen, kun
taas T-muodon affiniteetti happeen on pieni. Kun T-muodossa olevaan hemoglobiiniin sitoutuu yksi
happimolekyyli, aiheuttaa sitoutuminen kyseisessä alayksikössä konformaatiomuutoksen, minkä
seurauksena tämän alayksikkö muuttuu R muotoon. Koska hemoglobiini on kooperatiivinen
molekyyli, eli sen alayksiköt vaikuttavat toisiinsa, välittyy sama konformaatiomuutos välittömästi
myös hemoglobiinin muihin alayksiköihin, jotka nekin muuttuvat happea sitovaan R-muotoon.
Tämän vuoksi voidaan ajatella, että hemoglobiini on jatkuvasti joko R- tai T-muodossa, eli sen
kaikki hapen sitoutumispaikat ovat aina joko täynnä tai tyhjiä.
Hemoglobiinin konsentraatio voidaan määrittää valtimoverinäytteestä spektrofotometrisesti.
Valtimoveri sisältää sekä happeen sitoutunutta oksihemoglobiinia (HbO2) että happeen
sitoutumatonta deoksihemoglobiinia (Hb). Oksi- ja deoksihemoglobiinin molaariset absorptiviteetit
voidaan lukea oheiselta kuvaajalta (x-akselilla aallonpituus nanometreinä, y-akselilla molaarinen
absorptiviteetti yksikössä cm−1M−1). Tämän lisäksi veren happisaturaatio (SO2) voidaan laskea
seuraavan kaavan avulla:
\(SO2=(CHbO2)/(CHbO2+CHb)\)
missä CHbO2 on oksihemoglobiinin ja CHb deoksihemoglobiinin konsentraatio.


Hiihdon MM-kisoihin osallistuvalta Pekalta otetaan verinäyte ennen kisoja. Aiempien verikokeiden
perusteella on määritelty, että ennen kilpailua hänen hemoglobiiniarvonsa ei saa olla yli 170 g/l.
Veren hemoglobiinipitoisuus määritettiin valtimoverinäytteestä spektrofotometrisesti. Näytteen
absorbanssi oli 1 430 ja happisaturaatio 98,5 %.
a. Mikä on molaarisen absorptiviteetin SI-yksikkö? (1 p)
b. Mikä oli Pekan veren hemoglobiinipitoisuus yksikössä g/l? Saako hän kilpailla? Voit
olettaa, että oksihemoglobiini ja deoksihemoglobiini ovat verinäytteen ainoat absorboivat
komponentit. (9 p)
c. Kuinka monta grammaa happea oli sitoutuneena Pekan valtimoveren hemoglobiiniin? Anna
vastauksesi kahden merkitsevän numeron tarkkuudella. Voit olettaa, että Pekan veren
kokonaistilavuus on 5,0 litraa ja valtimoverta on tästä puolet. Pelkkä vastaus riittää. (5 p)

Tehtävä 13 (10 p)


Tehtävässä on esitetty erilaisten sairaustilojen hoidossa käytettäviä lääkeainemolekyylejä. Merkitse orgaanisen yhdisteryhmän alle, mitkä lääkeainemolekyylit voidaan laskea kuuluvaksi mainittuun ryhmään.

Pisteytys:
Täysin oikeat yhdisteet valittu = 2 p/ryhmä
Yksikin väärä yhdiste = -1 p/ryhmä
Yksikin oikea yhdiste jätetty valitsematta = -1 p/ryhmä
Tehtävän alin mahdollinen pistemäärä = 0 p

Aldehydi

Alkoholi

Alkeeni

Amidi

Amiini

Aromaattinen yhdiste

Eetteri

Esteri

Fenoli

Karboksyylihappo

Ketoni

Heterosyklinen yhdiste

Tehtävä 14 (9 p)


Potilaalla (m=87 kg) epäillään reisiluun eli femurin murtumaa lasketteluonnettomuuden
seurauksena. Tämän diagnosoimiseen käytetään röntgenkuvantamista. Murtuman yksityiskohtien
täsmälliseen tarkasteluun tarvitaan kolme röntgenkuvaa. Kuvattavan alueen poikkipinta-ala on
0,021 m^2. Yhden kuvan ottaminen kestää 0,10 s, ja röntgensäteilyn intensiteetti iholle osuessa
on 65 W/m^2. Säteily läpäisee reiden oheisen kuvan mukaisesti. Röntgensäteilyn
vaimenemiskerroin ihossa on 0,17 1/cm, pehmytkudoksessa 0,19 1/cm ja luussa 0,37 1/cm.


a. Laske säteilyn intensiteetti terveen reiden toisella puolella, kun femurin säde on 2,5 cm.
Reiden ihon paksuus on 4,0 mm ja lisäksi reisiluuta ympäröi joka puolelta 9,5 cm
pehmytkudoskerros. Pelkkä vastaus riittää. (6 p)


b. Absorboitunut annos kuvaa energiamäärää, jonka ionisoiva säteily on jättänyt
kohdeaineeseen massayksikköä kohden. Suureen yksikkö on joulea/kilogramma, eli Gray (tunnus
Gy). Laske potilaaseen kuvantamistutkimuksen seurauksena absorboitunut annos. (3 p)

Käytä tarvittaessa likiarvoja:
e−1,896=0,15017; e−5,596=0,0037127
e−0,113=0,89315; e−3,723=0,024116

Tehtävä 15 (8 p)


Sydän voidaan fysiologisesti jakaa oikeaan ja vasempaan lohkoon, joista oikea puoli ottaa vastaan
vähähappista verta systeemisestä verenkierrosta ja pumppaa sitä keuhkoihin. Toisaalta vasen puoli
sydämestä saa hapekasta verta keuhkoverenkierrosta ja pumppaa sitä systeemiseen verenkiertoon.
Verenpaineet systeemisessä verenkierrossa ovat yleensä selvästi suurempia kuin
keuhkoverenkierrossa, minkä vuoksi oikean kammion fysikaalinen teho terveellä ihmisellä on noin
17% vasemman kammion tekemästä työstä.
Oheisessa kuvaajassa on esitetty terveen ihmissydämen vasemman kammion paineen ja tilavuuden
välinen riippuvuus yhden toimintasyklin aikana. Sydämen toimintasykli jaetaan perinteisesti
systoleen ja diastoleen, joista systolessa sydän pumppaa verta aorttaan ja keuhkovaltimorunkoon,
kun taas diastolessa sydän täyttyy laskimoista palaavalla verellä.


a. Osoita, että yhden toimintasyklin aikana sydämen vasemman kammion tekemä työ on pΔV,
jossa p on kammion paine ja ΔVon kammion tilavuuden muutos. Lähde liikkeelle mekaanisen työn
yhtälöstä W=FΔs (2 p)

b. Lasse sairastaa verenpainetautia ja miettii sen vaikutuksia sydämensä kuormitukseen.
Kohonneen verenpaineen seurauksena Lassen sydämen vasen kammio tekee työtä 35% enemmän
kuin terveellä ihmisellä. Oikean kammion tekemä työ on yhtä suuri kuin terveellä ihmisellä. Lassen
syke on levossa 62. Mikä on Lassen sydämen teho levossa? (6 p)

Tehtävä 16 (8 p)


Paikallaan olevaa biljardipalloa lyödään biljardipöydällä 12 N:n voimalla. Biljardikeppi osuu palloon
10,0 ms:n ajan. Pallon massa on 150 g.

a. Kuinka suuri impulssi palloon kohdistuu? (2 p)

b. Kuinka suuren nopeuden pallo saa lyönnin seurauksena? (2 p)

c. Lyönnin jälkeen pallo törmää suoraan toiseen pöydällä paikoillaan olevaan palloon. Ennen
törmäystä pallon nopeus on ehtinyt hidastua 70 prosenttiin alkuperäisestä. Toisen pallon massa on
200 g. Törmäyksen seurauksena pallot tarttuvat toisiinsa kiinni. Mihin suuntaan ja millä nopeudella
pallot jatkavat matkaansa törmäyksen jälkeen? Pelkkä vastaus riittää. (4 p)

Tehtävä 17 (7 p)

Pyöräilijä ajaa nopeudella 24,6 km/h kallistamattomaan kaarteeseen, jonka halkaisija on 32 m.
Pyöräilijän massa on 73,2 kg ja pyörän 10,8 kg. Kuinka suuri pyöräilijän kallistuskulman
α on oltava, jotta tämä pysyisi pystyssä?

Tehtävä 18 (10 p)


Matti on mökkeilemässä ja lähtee hakemaan kaivosta vettä. Kaivossa on ämpäri, joka on narun
välityksellä kytketty kelaan, jonka halkaisija on 32 cm. Ämpärin nostamisen keventämiseksi kelan
keskiakseliin on kiinnitetty kampi, jonka kädensijan kohtisuora etäisyys kelan keskiakselista on 61
cm. Ämpäri on lieriön mallinen: sen halkaisija on 34 cm ja korkeus 61 cm. Ämpäri painaa 1,2 kg.
Ämpärin seinämän paksuuden voi tässä olettaa mitättömän pieneksi. Voit olettaa myös
kelasysteemin massan nollaksi. Veden tiheys on 1,00 kg/l.
Matti laskee ämpärin veteen, jolloin ämpäri täyttyy täysin vedestä. Arkhimedeen lain mukaan
ämpäriin kohdistuva noste on yhtä suuri kuin sen syrjäyttämän vesimassan paino.

a. Matti nostaa ämpäriä vakiovoimalla, joka on kohtisuorassa kelan keskiakselilta piirrettyyn
säteeseen nähden. Kun ämpäristä on tasan puolet kaivon veden pinnan yläpuolella, sen kiihtyvyys
on 4,9 m/s^2. Kuinka suurella voimalla Matti kiertää kampea? (7 p)

b. Matti jatkaa kammen kiertämistä a-kohdan mukaisella voimalla. Kuinka suuri on ämpärin
kiihtyvyys, kun se on kokonaan vedenpinnan yläpuolella? Pelkkä vastaus riittää. (3 p)

Tehtävä 19 (12 p)


Yksi keskeisimpiä keinoja ilmastonmuutoksen hidastamiseksi on siirtyminen fossiilisista
polttoaineista uusiutuviin energiamuotoihin. Helsingissä kuitenkin suuri osa energiasta tuotetaan
vielä tällä hetkellä kivihiiltä ja maakaasua polttamalla. Varsinaisen sähköntuotannon hyötysuhde
erilaisissa voimalaitoksissa – niin fossiilisia kuin uusiutuviakin energialähteitä käyttävissä – on
varsin matala. Toisaalta lämmitykseen kuluva energiamäärä on etenkin talvisin Suomessa erittäin
suuri. Fossiilisia polttoaineita käyttävien voimaloiden etu Helsingissä onkin niistä saatava
kaukolämpö: näin esimerkiksi Hanasaaren voimalaitoksen hyötysuhde on 86 % ja Salmisaaren
voimalaitoksen jopa 93 %. Hanasaaren voimalaitos ollaan kaupunginvaltuuston päätöksellä
sulkemassa vuonna 2024; niinpä lähes neljäsosa Helsingissä tuotettavasta kaukolämmöstä täytyy
tulevaisuudessa tuottaa jollakin toisella tavalla.
Helsingin energiayhtiö Helenin nettisivuilla kerrotaan Hanasaaren voimalaitoksesta:
”Hanasaaren voimalaitosalueella sijaitsevat Hanasaaren B-voimalaitos, lämpökeskus,
polttoainevarastot sekä toimisto-, korjaamo- ja varastorakennukset. Alueeseen kuuluu myös
erillinen polttoainesatama.
Voimalaitoksella toimii kaksi itsenäistä tuotantoyksikköä, blokki 3 ja blokki 4 sekä kaksi
apuhöyrykattilaa, joista toinen on kevytöljy- ja toinen maakaasukäyttöinen.
Voimalaitos on hiiltä pääpolttoaineena käyttävä vastapainevoimalaitos, ja täydellä teholla hiiltä
kuluu noin 100 t/h yhteensä molemmilla blokeilla. Kivihiilen rinnalla poltetaan puupellettejä
seospolton osuudella 5–10 %. Pellettijärjestelmä koostuu molemmilla kattiloilla seuraavista osista:
500 m^3 pellettivarastosiilot, kuljettimet siiloilta voimalaitoksen sisälle sekä syöttösiilot
kattilahallissa ja syöttölinjat hiilenjakajaan. Sähköteho on suurimmillaan yhteensä 236 MW ja
kaukolämpöteho 420 MW. Hanasaari B on varustettu rikinpoistolaitoksella ja low-NOx –
polttimilla.
Savukaasujen typenoksidipäästöjen vähentämiseksi Hanasaareen on rakennettu SNCR- eli
urearuiskutusjärjestelmät molempiin kattiloihin K3 ja K4. Järjestelmään kuuluu urean
autopurkauspaikka sekä urean varastosäiliöt kattilahallissa.
Lämpökeskuksessa on kuusi polttoaineteholtaan 49,9 MW:n kuumavesikattilaa ja sen normaali
kaukolämpöteho on 20–280 MW. Hanasaaren lämpökeskus ei merkittävästi lisää
energiahuoltoalueen vaarallisten kemikaalien määrää. Lämpökeskus käyttää polttoaineena
voimalaitoksella varastoitavaa kevyttä polttoöljyä.”

(https://www.helen.fi/globalassets/helen-oy/tietoayrityksesta/energiantuotanto/turvallisuustiedote_hanasaari_.pdf, luettu 7.3.2019)

Polttoaineiden lämpöarvoja
aine lämpöarvo (H)
kivihiili 26,5 MJ/kg
maakaasu 46 MJ/kg
polttoöljy
kevyt 43 MJ/kg
raskas 41 MJ/kg
puupelletti 18 MJ/kg

Kun voimalaitos käynnistetään, vesihöyryn pyörittämä turbiini joutuu hetkeksi kiihtyvään
liikkeeseen, kunnes liikettä vastustavat voimat tasaavat pyörimisliikkeen tasaiseen
kulmanopeuteen.
Turbiinin kulmakiihtyvyys voidaan laskea yhtälöllä α=4Fmr, jossa α on turbiinin kulmakiihtyvyys,
F höyryn aiheuttaman voiman vaikutus turbiiniin, m turbiinin massa ja r turbiinin säde. Voidaan
olettaa, että poltetusta hiilestä ja puupelletistä saatu energia pyörittää kahta samanlaista turbiinia,
joiden massa on 19,1 t ja säde 50,0 cm.
Turbiini pyörittää akselin kautta sähkömagneettia, joka saa aikaan muuttuvan magneettikentän
suureen käämiin. Oletetaan, että Hanasaaren voimalaitoksen generaattorin tuottaman
vaihtojännitteen tehollinen arvo on 20,0 kV, generaattorin käämin halkaisija on 140,0 cm ja
kierroslukumäärä 1200.
Valitse seuraavista oikea numeerinen lopputulos. Lopputuloksen tarkkuus on valittava
laskutehtävässä käytetyn epätarkimman numeerisen arvon perusteella.

a. Mikä on voimalaitoksen sähköntuotannon maksimaalinen hyötysuhde? Voit olettaa, että
käytetystä polttoaineesta 5 % on puupellettiä. (2 p)

b. Kuinka suuri on turbiinin pyörimisnopeus, kun turbiinilla kestää 1,00 sekuntia saavuttaa se?
(4 p)

c. Kuinka suuri on sähkömagneetin aiheuttaman magneettivuon tiheys? (4 p)

d. Kuinka moninkertainen olisi tehohäviö, jos sähköä siirrettäisiin tuotetulla 20 kV:n
jännitteellä verrattuna siihen, että sitä siirretään kantaverkossa 400 kV:n jännitteellä? (2 p)

Go to Top