Uebung 9

Übung 9
Rechenübungen zur Experimentalphysik II im SS 2011
Prof. R. Matzdorf, Dr. U. Kürpick
Aufgabe 1:
a) Welche Leistung müsste ein Laser haben, damit ein im Weltall schwebender Astronaut
von m = 90 kg Gesamtmasse sich nach dem Rückstoßprinzip eine Beschleunigung von
a = 0.01 m/s2 geben kann?
b) Welche Energie wird benötigt, wenn man ein 10 m entferntes Raumschiff aus der Ruhe
heraus mit konstanter Beschleunigung erreichen möchte?
Aufgabe 2:
Die Empfindlichkeit des Auges ist für gelb-grünes Licht mit einer Wellenlänge von
λ = 550 nm am größten. Es kann eine elektromagnetische Welle wahrnehmen, die 10
Photonen pro Sekunde entspricht. Der Durchmesser der Pupille soll 6 mm betragen.
a)
b)
c)
d)
Berechnen Sie die Energie eines Photons dieser Wellenlänge.
Berechnen Sie die Intensität dieser elektromagnetischen Welle.
Berechnen Sie die Energiedichte dieser elektromagnetischen Welle.
Berechnen Sie die Amplitude des elektrischen Feldes dieser elektromagnetischen
Welle.
(Plancksches Wirkungsquantum: h = 6.626 10-34 Js, Lichtgeschwindigkeit: c = 3 ⋅ 10 8 m/s )
Aufgabe 3:
Die Temperatur der Sonnenoberfläche beträgt T = 5800 K, der Radius der Sonne ist
RS = 6,97 ⋅ 108 m und der mittlere Erdbahnradius um die Sonne beträgt etwa
rE = 1,5 ⋅ 1011 m .
a) Berechnen Sie die Energie, die die Sonne in jeder Sekunde abstrahlt, wobei die
Sonnenstrahlung als Strahlung eines schwarzen Körpers angenommen werden soll.
b) Berechnen Sie die Strahlungsenergie, die bei senkrechtem Einfall in jeder Sekunde auf
1 m2 Erdoberfläche auftrifft.
c) Berechnen Sie die Kraft, die die Sonnenstrahlung auf ein 100 m2 großes, vollständig
absorbierendes Sonnensegel oberhalb der Erdatmosphäre ausübt. Verwenden Sie dazu
den unter b) berechneten Wert für die Strahlungsintensität.
Aufgabe 4:
Die Oberflächentemperatur einer Wendel einer Glühlampe liegt bei etwa 1300 °C. Berechnen
Sie die Temperatur der Wendel wenn die zugeführte elektrische Leistung verdoppelt wird.
Überlegen Sie sich dabei ob die Umgebungstemperatur eine wesentliche Rolle spielt oder ob
sie vernachlässigt werden kann.
Aufgabe 5:
Berechnen Sie die die Reflexions- und Transmissionskoeffizienten, sowie das Reflexions- und
Transmissionsvermögen für linear polarisiertes Licht, das unter einem Einfallswinkel von 45°
von Luft (n = 1) auf eine Glasoberfläche mit einem Brechungsindex von 1,5 fällt. Dabei soll
das elektrische Feld der einfallenden Welle
a) senkrecht zur Einfallsebene stehen.
b) in der Einfallsebene liegen.