Aufgabe Physik Fadenpendel Trigonometrie?
Habe eine Physikhausaufgabe, die wie folgt lautet:
Zwischen den vertikal im Abstand von 6 cm aufgestellten Platten eines geladenen Plattenkondensators befindet sich an einem dünnen isolierenden Faden eine Aluminiumkugel der Masse 2 g mit einer Ladung von 5 nC.
a) Skizzieren Sie die auf die Kugel ausgeübten Kräfte.
b) Berechnen Sie die an den Kondensatorplatten anliegende Spannung, wenn der Faden nach Einschalten der Spannung um einen Winkel von 3° ausgelenkt wird.
Mein Problem ist jetzt der Kräfteansatz bei der Kugel. Wie ich die Spannung dann letztendlich herausbekomme ist erstmal egal, meine Frage ist jetzt: wie erhalte ich aus der Auslenkung die Kraft, die auf die Kugel wirken muss um diese um 3° aus zu lenken? Diese Formel könnte ich dann in meine Spannungsformel einsetzen und diese bestimmen. Nur habe ich keine Ahnung wie ich den Kräfteansatz bei b) am Pendel formulieren soll. Ich brauche bitte schnell Hilfe.
1 Antwort
Gehe schrittweise vor, indem Du die Kräfte, die auf die Kugel wirken zunächst als rein mechanisch annimmst. Die Kondensatorplatte "zieht" per Definition horizontal, Die Gravitation senkrecht nach unten. Der Faden nimmt die Resultierende auf, die die Diagonale im Parallelogramm darstellt. Die Gewichtskraft und der Winkel der Resultierenden sind gegeben.
Ob die, nicht genannte Länge und der nicht genannte Aufhängungspunkt des Fadens wirklich keine Rolle spielen weiß ich nicht. Nehmen wir es zunächst an...
Ohne jetzt nachgerechnet zu haben (müßte mir die Elektrostatik auch erst durchlesen) klingt der Ansatz plausibel. Rein vom Gefühl her hätte ich die Kugel in die Mitte gehängt, da sie dort gleich stark von einer Seite angezogen und von der Anderen abgestoßen wird (Rechenfaulheit).
Ich habe jetzt mit dem Ansatz, dass der Tangents von 3° gleich der Differenz aus a (hier Gewichtskraft) und b (elektrischer Kraft) entspricht die elektrische Kraft berechnet.
Die Gewichtskraft von ca. 0,0196N ergibt sich aus den 0,002Kg der Kugel mal 9,81•m/s².
Die berechnete elektrische Kraft wäre danach ca. 0,3739N.
Aus dem Ansatz, dass die Differenz der elektrischen Kraft (0,3739N) und der Ladungsmenge (0,000 000 005 C (Coulomb)) gleich der Differenz aus Spannung (U) und Abstand d der Kondensatorplatten (0,06m) entspricht, lässt sich dann eine Spannung von U= 4,487•10⁶Nm/C bestimmen. Das wären dann also 4,487•10⁶ V.
Ist das so richtig? Ich bin mir gerade nicht mehr ganz sicher, ob ich den Abstand d der Kondensatorplatten (0,06m aus der Aufgabenstellung) oder der der Kugel und der Kondensatorplatte (0,03m) verwenden muss.