Ubungen Physik, FF2 ¨ SS 2015
Teil 4, 3. ¨ Ubungsstunde
4.3.1. Eine Fl¨ ussigkeit mit der Dichte ρ = 800 kg/m 3 str¨ omt ideal und station¨ ar in einem starrem Rohr, dessen Querschnitt breiter wird von A 1 = 10 cm 2 auf A 2 = 15 cm 2 . F¨ ur den statischen Druck misst man folgende Werte: p (1) wand = 60000 Pa, p (2) wand = 82500 Pa.
a) Wie ¨ andert sich die Geschwindigkeit im Rohr? (wird kleiner, wird gr¨ oßer, bleibt gleich) b) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Fl¨ ussigkeit im Querschnitt A 1 !
4.3.2. Durch ein horizontales Rohr wird Luft geblasen.
Welches Vorzeichen muss der Wanddruck haben, damit das Wasser aus dem Gef¨ aß hoch steigt? Muss dabei die Geschwindigkeit der str¨ omenden Luft groß oder klein sein? Begr¨ unden Sie ihre Antwort mit Hilfe der Bernoulli-Gleichung!
4.3.3. Zwei unbekannte elektrische Ladungen im Abstand r stoßen sich mit der Kraft F ab.
a) Welche Ladungen stoßen sich ab, welche ziehen sich an?
b) Welches Gesetz beschreibt die Kraft zwischen zwei elektrischen Ladungen und wie lautet es?
c) Um welchen Faktor ¨ andert sich die Kraft F, wenn man . . . . . . eine der beiden Ladungen halbiert?
. . . eine der Ladungen halbiert und den Abstand verdreifacht?
. . . beide Ladungen halbiert und den Abstand verdoppelt?
4.3.4. Um eine Vorstellung von der Gr¨ oße der Ladungseinheit 1 Coulomb (C) zu bekommen, berechnen Sie die Kraft F C , mit der sich zwei Kugeln mit der Ladung von je 1 C in einer Entfernung von 100 m anziehen bzw. abstoßen! Wie groß muß eine Masse m gew¨ ahlt werden, damit sie mit derselben Kraft F g = F C von der Erde angezogen wird?
4.3.5. Wie groß sind Coulombkraft und Gravitationskraft zwischen a) zwei Protonen im Atomkern (Abstand r 1 = 10 −15 m) ?
b) einem Proton im Atomkern und einem Elektron in der Atomh¨ ulle (Abstand r 2 = 5 · 10 −11 m)?
4.3.6. Eine negativ geladene Kugel (Masse m = 2 g) rotiert auf einem Kreis (r = 2 m) um eine gleich große positive Ladung die im Mittelpunkt fixiert ist mit der Umlaufzeit T = 2 s.
a) Welche Kr¨ afte wirken auf die rotierende negative Ladung?
b) Bestimmen Sie die Gr¨ oße der elektrischen Ladung Q!
4.3.7. Eine Masse (m = 0, 4 g) besitzt die Ladung Q = 5 nC und h¨ angt an einem 1 m langen Faden. Wie weit wird der Faden mit der Masse aus der Ruhelage ausgelenkt, wenn man ein horizontales elektrisches Feld mit der St¨ arke von E = 7 · 10 4 N/C einschaltet?
4.3.8. Zwischen zwei horizontal angeordneten, entgegengesetzt geladenen Metallplatten befindet sich eine Kugel mit der Ladung Q = 5 nC und der Masse m = 2 g. Die beiden Platten erzeugen ein elektrisches Feld.
a) Wo (oben oder unten) befindet sich die positiv geladene Platte, damit die Kugel zwischen den Platten schweben kann?
b) Wie groß muß das elektrische Feld zwischen den Platten sein, damit die Kugel schwebt?
4.3.9. Durch eine schiefe Ebene mit Fl¨ ache A = 4 m 2 mit dem Neigungswinkel φ = 20 ◦ l¨ auft ein homogenes vertikales elektrisches Feld mit dem Betrag E = 5 [Einheiten].
a) In welcher Einheit wird das elektrische Feld gemessen?
b) Wie viele Feldlinien gehen durch die schiefe ebene Fl¨ ache?
c) Wie viele Feldlinien gehen durch die schiefe Fl¨ ache, wenn das elektrische Feld horizontal verl¨ auft? (Achten Sie auf den richtigen Winkel!)
4.3.10. Durch die Fl¨ ache A = 2 m 2 gehen 40 elektrische Feldlinien eines homogenen Feldes. Die Linien bilden mit der Fl¨ ache einen Winkel φ = 60 ◦ .
a) Wie stark ist das E-Feld?
b) Wie groß ist die Kraft auf die Ladung ∆Q = −50 µC in diesem Feld?
p v + p wand = p ges = const, p v = ρv 2
2, ε 0 = 8, 854 · 10 −12 C Jm
22, 4πε 1
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