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Zwulch
Anmeldungsdatum: 17.10.2011
Beiträge: 20
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 Zwulch Verfasst am: 26. Okt 2011 15:37 Titel: Coulombkraft |
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Hallo Community,
Bin hier an einer Aufgabe ziemlich am verzweifeln. Habe schon einige Wege probiert die Aufgabe zu lösen, möchte die aber nicht alle hier rein schreiben.
Die Aufgabe lautet:
2 gleiche Kugeln K1 und K2 (m=0,50g) sind jeweils an einem 1,0m langen Faden aufgehängt sind und vom selben Punkt ausgehen (die Fäden sehen ungefähr so aus: /\ ).Die Kugeln tragen zunächst die gleiche Ladung und stoßen sich ab (Abstand der Kugelmitten 20cm).
A) Berechne die Ladung der beiden Kugeln
Mein Ansatz war folgender:
Coulombgesetz: F=1/4piE0 * q1*q2/r²
Diesen nach q umstellen ( q1 und q2 kann man zusammenfassen da sie die selbe Ladung besitzen) Wie berechne ich jetzt F damit ich das umstellen kann?
Lösungen habe ich, weiß jedoch nur nicht den korrekten Lösungsweg
Grüße
Zwulch |
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pressure
Anmeldungsdatum: 22.02.2007
Beiträge: 2496
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| pressure Verfasst am: 26. Okt 2011 15:39 Titel: |
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Zeichne dir erstmal eine gute Skizze inklusive aller wirkenden Kräfte, dann solltest du ein ganzes Stück weiter kommen. |
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Zwulch
Anmeldungsdatum: 17.10.2011
Beiträge: 20
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| Zwulch Verfasst am: 26. Okt 2011 15:45 Titel: |
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Alles schon gemacht.Habe auch schon ziemlich viel gerechnet aber komme auf falsche Ergebnisse. Deswegen frage ich ja euch.. |
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Catweasel
Anmeldungsdatum: 06.08.2011
Beiträge: 330
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| Catweasel Verfasst am: 26. Okt 2011 16:18 Titel: |
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Die Coulombkraft muss gleich der Kraft sein die benötigt wird um die Kugeln auszulenken bzw sie auf Abstand zu halten. Dazu zeichnest du dir in deine Skizze die an einer Kugel wirkenden Kräfte, aus dem Kräfteparallelogramm kannst du dann ablesen wie du die Coulombkraft berechnen kannst.
Hinweis: Die Fadenlänge und der Kugelabstand sind nicht aus Spaß gegeben.  |
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planck1858
Anmeldungsdatum: 06.09.2008
Beiträge: 4542
Wohnort: Nrw
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| planck1858 Verfasst am: 26. Okt 2011 20:20 Titel: |
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Hast du auch schön auf die Einheiten geachtet?
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Die Naturwissenschaft braucht der Mensch zum Erkennen, den Glauben zum Handeln. (Max Planck)
"I had a slogan. The vacum is empty. It weighs nothing because there's nothing there. (Richard Feynman) |
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Zwulch
Anmeldungsdatum: 17.10.2011
Beiträge: 20
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| Zwulch Verfasst am: 27. Okt 2011 14:12 Titel: |
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Also mein Ansatz war dieser:
Zuerst Gewichtskraft G ausgerechnet: G = m*g = 0,00050kg*9,81m/s² =4,905*10^-3 N
Dann elektrische Kraft: Fel = G*s/l (Ausschlag/Fadenlänge)
= 4,905*10^-3*0,1/1 = 4,905*10^-4 N
Danach tan(a) = Fel/G = 4,905*10^-4/4,905*10^-3 = 0,1
Soweit müsste das richtig sein aber wie's jetzt weiter geht weiß ich nicht  |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Okt 2011 15:51 Titel: |
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Wenn ich solche Zahlenrechnungen sehe, möchte ich am liebsten gar nicht weiterlesen. Ich verliere genauso wie vermutlich Du total den Überblick. Rechne mit allgemeinen Größen (vergiss dabei nicht das Coulombsche Gesetz) und setze die gegebenen Zahlenwerte erst ganz zum Schluss ein. |
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Zwulch
Anmeldungsdatum: 17.10.2011
Beiträge: 20
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| Zwulch Verfasst am: 27. Okt 2011 16:07 Titel: |
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Die allgemeinen Größen habe ich dich dazu geschrieben.
Dass ich das Coulombsche Gesetz anwenden muss, ist mir bewusst, dafür fehlt mir aber F damit ich das Ganze umstellen kann. Mein Problem ist nicht die Übersicht sondern, dass ich nicht weiß was ich mit den Werten, die ich jetzt habe, anfangen kann.
Habe bisher:
m = 0,50g
l = 1m
r = 20cm
G = 4,905*10^-3 N
Fel = 4,905*10^-4 N
tan(a) = 0,1
Ob das jetzt Sinn gemacht hat, was ich da ausgerechnet habe weiß ich nicht, da ich kein Plan habe, worauf ich hinarbeiten soll... 
Zuletzt bearbeitet von Zwulch am 27. Okt 2011 17:44, insgesamt einmal bearbeitet |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Okt 2011 17:28 Titel: |
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Deine angegebenen Größen machen z.T. überhaupt keinen Sinn, z.B. diese
| Zwulch hat Folgendes geschrieben: | G = 4,905*10^-3
Fel = 4,905*10^-4 |
Physikalische Größen - und Kräfte sind physikalische Größen - ohne Einheit gibt es nicht. Was Du als Kraft angibst, ist gar keine. Da fehlt die Einheit.
Aber warum machst du denn überhaupt solche komischen Zahlenrechnungen? Du sollst doch gar keine Kräfte ausrechnen, sondern die Ladung der Kugeln. Dass die gleich groß sind, weißt Du schon. Das wird Dir bei der Verwendung des Coulombschen Gesetzes helfen. Du sagst, Dir sei bewusst, dass Du das Coulombsche Gesetz anwenden musst. Warum tust Du es dann nicht? Denn da steckt die Ladung drin, die Du doch bestimmen sollst. Warum berechnest du einen Winkel oder seinen Tangens, wenn du ihn nicht benötigst?
Was Du aus deiner Skizze ablesen kannst, ist doch folgendes:
Fc/Fg=d/2l (ähnliche Dreiecke)
mit
Fc=Coulombkraft
Fg=Gewichtskraft
d=Kugelabstand (d/2 ist halber Kugelabstand)
l=Fadenlänge
Die obige Formel stimmt zwar nicht ganz genau, da die eine Kathete im rechtwinkligen Dreieck mit der Fadenlänge als Hypotenuse nicht genau gleich der Fadenlänge ist. Bei der geringen Auslenkung ist das aber vernachlässigbar.
Jetzt setzt Du für die Coulombkraft und für die Gewichtskraft die entsprechenden Formeln ein:
Fc=Q²/(4*pi*eps0*d²)
Fg=m*g
Eingesetzt in obige (erste) Gleichung:
Q²/(4*pi*eps0*d²*m*g)=d/(2*l)
Nach Q² aufgelöst:
Q²=4*pi*eps0*d³*m*g/(2*l)
und ziehst die Wurzel draus:
Q=sqrt(4*pi*eps0*d³*m*g/(2*l))
Jetzt kannst Du alle Zahlenwerte mit den zhugehörigen Einheiten einsetzen und wirst - natürlich - das richtige Ergebnis rausbekommen. |
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Catweasel
Anmeldungsdatum: 06.08.2011
Beiträge: 330
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| Catweasel Verfasst am: 27. Okt 2011 17:32 Titel: |
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Hast du dir eine Skizze gemacht und an eine der beiden Kugeln mall die wirkenden Kräfte als Pfeile eingezeichnet? Du erhälst ein Rechteck mit der Resultierenden Kraft als Diagonale (es entstehen rechtwinklige dreiecke). Die ist zwar nicht gefragt aber du erkennst wie du über die Auslenkung und Gewichtskraft auf die Coulombkraft kommst.
edit: Hör auf GvC ^^ |
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