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Aufgabe zum elektrostatischen Pendel
 
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AlphaCentauri568



Anmeldungsdatum: 13.02.2018
Beiträge: 1

Beitrag AlphaCentauri568 Verfasst am: 13. Feb 2018 22:16    Titel: Aufgabe zum elektrostatischen Pendel Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo,

wie lautet der Ansatz für folgende Aufgabe: Eine geladene Kugel (q = 2 mikroC) mit der Masse m = 50g und dem Radius r = 1,5 cm wird an einem Faden der Länge l = 20 cm aufgehängt und in der Mitte eines Plattenkondensators mit einem Plattenabstand d = 12 cm positioniert. Nun wird eine Spannung U zwischen den Enden des Plattenkondensators angelegt. Berechnen Sie, wie groß U maximal sein darf, damit es nicht zur Berührung zwischen der geladenen Kugel und einer Platte des Plattenkondensators kommt.


Meine Ideen:
Eventuell könnte man hier mit Grenzwerten für die Spannung arbeiten, die Grenze entspreche der zu starken "Berührungsspannung".
elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 13. Feb 2018 23:15    Titel: Antworten mit Zitat

Guten Abend,

zuerst guckst du, was denn überhaupt die maximale Auslenkung sein darf. Das sollten ca die Hälfte des Durchmesser minus dem Radius der Kugel sein, da die Ladung ja in der Mitte der Masse konzentriert wird. Wenn du dir eine Skizze erstellst, siehst du schnell, dass du über den Strahlensatz auf die folgende Gleichung kommst:

A steht in dem Fall für die Auslenkung, l für die Fadenlänge
für die elektrostatische Kraft, für die Gewichtskraft:

Beziehung über den tangens als Ansatz:




Beste Grüße
elbilo


Zuletzt bearbeitet von elbilo am 14. Feb 2018 00:18, insgesamt 5-mal bearbeitet
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 3892

Beitrag Myon Verfasst am: 13. Feb 2018 23:31    Titel: Antworten mit Zitat

elbilo hat Folgendes geschrieben:
Beziehung über den tangens:

Diese Gleichung würde ich nochmals überprüfen. A/l ist nicht gleich dem Tangens des Auslenkungswinkels.
elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 13. Feb 2018 23:33    Titel: Antworten mit Zitat

Das stimmt, das habe ich vergessen zu erwähnen. Da auch die Auslenkung sehr klein ist gehe ich bei der Rechnung davon aus, dass l konstant bleibt um es einfacher zu halten, also der Abstand von der Befestigung/Decke des Seiles und der Kugel ungefähr gleich bleibt. Hab’s ergänzt, danke.
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 3892

Beitrag Myon Verfasst am: 13. Feb 2018 23:38    Titel: Antworten mit Zitat

elbilo hat Folgendes geschrieben:
Das stimmt, das habe ich vergessen zu erwähnen. Da auch die Auslenkung sehr klein ist gehe ich bei der Rechnung davon aus, dass l konstant bleibt um es einfacher zu halten, also sich der Abstand von der Befestigung oder Decke des Seiles und der Kugel ungefähr gleich bleibt.

Diese Näherung ist hier sicher nicht zulässig, vergleiche die Auslenkung von 4.5cm bei einer Fadenlänge von l=20cm (auch wenn der Fehler zugegebermassen noch nicht riesengross ist).
elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 13. Feb 2018 23:42    Titel: Antworten mit Zitat

Myon hat Folgendes geschrieben:
elbilo hat Folgendes geschrieben:
Das stimmt, das habe ich vergessen zu erwähnen. Da auch die Auslenkung sehr klein ist gehe ich bei der Rechnung davon aus, dass l konstant bleibt um es einfacher zu halten, also sich der Abstand von der Befestigung oder Decke des Seiles und der Kugel ungefähr gleich bleibt.

Diese Näherung ist hier sicher nicht zulässig, vergleiche die Auslenkung von 4.5cm bei einer Fadenlänge von l=20cm.

Hm okay, scheint so, nur fällt mir pauschal nicht ein, wie man es sonst lösen sollte.
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 3892

Beitrag Myon Verfasst am: 13. Feb 2018 23:48    Titel: Antworten mit Zitat

Man kann doch den Tangens mit Hilfe des Pythagoras ausdrücken durch A und l. Aber mal warten, AlphaCentauri wollte ja die Aufgabe lösen, ich denke er hat bereits genügend Input jetzt.
elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 13. Feb 2018 23:58    Titel: Antworten mit Zitat

Okay jetzt sollte es richtig sein.

Zuletzt bearbeitet von elbilo am 19. Aug 2018 13:13, insgesamt einmal bearbeitet
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 3892

Beitrag Myon Verfasst am: 14. Feb 2018 00:04    Titel: Antworten mit Zitat

Nein, das ist noch nicht richtig. Für F_el=0 muss A sicher auch gleich null werden.

Aber wie gesagt, es geht auch nicht darum, gleich eine fixfertige Lösung zu präsentieren.

@AlphaCentauri: Vielleicht zuerst Skizze anfertigen und Kräfte einzeichnen. Wie sieht das Kräftegleichgewicht aus bei der maximal zulässigen Auslenkung? Wie oben schon geschrieben wurde, zeigt es sich, dass der Tangens des Auslenkungswinkels gleich dem Verhältnis von Coulomb- zu Gewichtskraft ist.
elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 14. Feb 2018 00:20    Titel: Antworten mit Zitat

Ach du meine Güte... Mit den ganzen Befehlen etc verliert man schnell den Überblick...
AlphaCentauri567
Gast





Beitrag AlphaCentauri567 Verfasst am: 15. Feb 2018 23:26    Titel: Antworten mit Zitat

Ich glaube ich bin auf dem Holzweg, kann mir einen vollständigen Lösungsweg erklären?
jighkbjknhg965578
Gast





Beitrag jighkbjknhg965578 Verfasst am: 17. Feb 2018 16:09    Titel: Antworten mit Zitat

Ich bin zwar nicht dieser AlphaCentauri, frage mich aber auch im Bezug auf dieses Thrma inwiefern die maximale Auslenkung mit der Spannung in Beziehung einer Gleichung steht, kennt jemand etwas in der Richtung?
elbilo



Anmeldungsdatum: 12.02.2018
Beiträge: 152

Beitrag elbilo Verfasst am: 17. Feb 2018 17:51    Titel: Antworten mit Zitat

elbilo hat Folgendes geschrieben:

Beziehung über den tangens als Ansatz:




Folgende Beziehung gilt:



Das müsste doch genug Hilfe sein.

Beste Grüße
elbilo
AlphaCentauri568900
Gast





Beitrag AlphaCentauri568900 Verfasst am: 22. Feb 2018 00:05    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, ich hatte sie bereits gelöst, danke sehr!
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