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Geladene Kugeln am Pendel - Abstandsänderung bei Ladungsänd
 
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Vlad



Anmeldungsdatum: 16.11.2017
Beiträge: 1

Beitrag Vlad Verfasst am: 16. Nov 2017 19:52    Titel: Geladene Kugeln am Pendel - Abstandsänderung bei Ladungsänd Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo!
Ich stehe hier vor einer Aufgabe zu der ich einfach keine Lösung finden kann.
Gegeben sind zwei gleichnamig geladene Kugeln (1,0 g), diese hängen an jeweils an Fäden (1,0 m) am selben Aufhängepunkt. Zunächst stellt sich ein Mittelpunktsabstand von 10 cm ein. Wie ändert sich der Kugelabstand wenn die Ladung beider Kugeln verdoppelt bwz. halbiert wird?

Meine Ideen:
In vorhergehenden Aufgaben habe ich bereits berechnet, dass in dieser Situation die Kugeln jeweils die Ladung 2,3*10^(-Rock C haben (ohne Gewähr). Ich bin mir aber ohnehin nicht sicher ob das jetzt relevant ist.
Versucht habe ich das Ganze bereits über alle möglichen Verhältnisrechnungen der anliegenden Kräfte (Fel, FG und daraus resultierend FGes). Für den Kugelstillstand muss FGes ja in Fadenrichtung wirken, von daher lassen sich die Verhältnisse des Kräftedreiecks ja mit dem des Faden-/Abstandsdreiecks gleichsetzten.
Q lokal zu verdoppeln ergibt über Coulombgesetz logischerweise, da Q dort quadriert wird, ein vierfaches Fel. Das ist aber sofort wieder nicht mehr der Fall wenn sich die Kugel bewegt, da sich ja der Abstand ändert.
Außerdem hab ich noch den Ansatz über den Auslenkungswinkel versucht, aber ich komme einfach auf nichts.
Wie komme ich da weiter? Danke schonmal im Voraus

-Vlad
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 02. Dez 2017 18:01    Titel: Antworten mit Zitat

Vlad hat Folgendes geschrieben:
In vorhergehenden Aufgaben habe ich bereits berechnet, dass in dieser Situation die Kugeln jeweils die Ladung 2,3*10^(-Rock C haben


Du meinst sicherlich 2,3*10^(-8) C (solltest die Smilies deaktivieren). Und das wäre nur richtig, wenn beide Ladungen gleich wären. Davon ist in der Aufgabenstellung aber keine Rede, sondern nur, dass die Ladungen gleichnamig sind, also gleiches Vorzeichen haben. Für die Lösung der Aufgabe ist das allerdings irrelevant, denn nach der Ladung ist nicht gefragt, sondern nur nach der Abstandsänderung.

Was Du also durch den Vergleich der beiden ähnlichen Dreiecke herausbekommst, ist


mit
d_1=gegebener Mittelpunktabstand
l=Fadenlänge
=halber Öffnungswinkel zwischen den beiden Fäden

Wenn nun die Ladungen verdoppelt oder halbiert oder allgemein jeweils mit x multipliziert werden, erhältst Du



Wenn Du beide Gleichungen durcheinander dividierst, bleibt stehen



Das Problem, an dem Du verzweifelst, ist nun die Tatsache, dass sich nicht nur der Kugelabstand, sondern auch der Öffungswinkel verändert. Sein Kosinus lässt sich allerdings durch Abstand und Fadenlänge ausdrücken



Damit bleibt stehen



Diese Gleichung lässt sich zwar prinzipiell nach der einzigen Unbekannten d_2 auflösen, das wird jedoch eine etwas unschöne Rechnung. Da aber



ist, kürzen sich in guter Näherung die Wurzelausdrücke raus. Das ist gleichbedeutend mit der Näherung



Selbst wenn sich der Abstand bei Verdoppelung der Ladung beispielsweise verfünffachen würde (was er beiweitem nicht tut, wie Du leicht abschätzen kannst), wäre der Fehler, den Du durch die Näherung machst, nur etwa 3%. Tatsächlich ist er sehr viel kleiner und dürfte weit unter 1% liegen. Du kannst also guten Gewissens die Näherungsgleichung verwenden





Für die vorliegende Aufgabe ergäbe sich damit bei Verdoppelung der Ladungen



und bei Halbierung der Ladungen

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