Teil 4, 3. Übungsstunde

Übungen Physik, FF2
SS 2015
Teil 4, 3. Übungsstunde
4.3.1. Eine Flüssigkeit mit der Dichte ρ = 800 kg/m3 strömt ideal und stationär in einem starrem Rohr, dessen
Querschnitt breiter wird von A1 = 10 cm2 auf A2 = 15 cm2 . Für den statischen Druck misst man folgende
(1)
(2)
Werte: pwand = 60000 Pa, pwand = 82500 Pa.
a) Wie ändert sich die Geschwindigkeit im Rohr? (wird kleiner, wird größer, bleibt gleich)
b) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Flüssigkeit im Querschnitt A1 !
4.3.2. Durch ein horizontales Rohr wird Luft geblasen.
Welches Vorzeichen muss der Wanddruck haben, damit das Wasser aus dem Gefäß hoch
steigt? Muss dabei die Geschwindigkeit der strömenden Luft groß oder klein sein? Begründen
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 ändert 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 Größe der Ladungseinheit 1 Coulomb (C) zu bekommen, berechnen Sie die
Kraft FC , 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 gewählt werden, damit sie mit derselben Kraft Fg = FC von
der Erde angezogen wird?
4.3.5. Wie groß sind Coulombkraft und Gravitationskraft zwischen
a) zwei Protonen im Atomkern (Abstand r1 = 10−15 m) ?
b) einem Proton im Atomkern und einem Elektron in der Atomhülle (Abstand r2 = 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 Kräfte wirken auf die rotierende negative Ladung?
b) Bestimmen Sie die Größe der elektrischen Ladung Q!
4.3.7. Eine Masse (m = 0, 4 g) besitzt die Ladung Q = 5 nC und hängt 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 Stärke von E = 7 · 104 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 Fläche A = 4 m2 mit dem Neigungswinkel φ = 20◦
läuft 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 Fläche?
c) Wie viele Feldlinien gehen durch die schiefe Fläche, wenn das elektrische Feld
horizontal verläuft? (Achten Sie auf den richtigen Winkel!)
4.3.10. Durch die Fläche A = 2 m2 gehen 40 elektrische Feldlinien eines homogenen Feldes. Die Linien bilden mit
der Fläche 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?
2
2
2
C
1
10 Jm
pv + pwand = pges = const, pv = ρv2 , ε0 = 8, 854 · 10−12 Jm
2,
4πε0 ≈ 10
C2
|Qp | = |Qe | = 1, 6 · 10−19 C, me = 9, 1 · 10−31 kg, mp = 1, 67 · 10−27 kg,