[Physik] Coulomb Gesetz - Aufgabe

[Caro_van_Kuchen]

"Zwei elektrisch leitende Kugeln mit gleichem Radius und gleicher MAsse sind so an gleich langen Isolierfäden mit gleichem Aufhängepunkt aufgehängt, dass sie einander berühren.Der Kugeldurchmesser kann gegenüber der Fadenlänge vernachlässigt werden. Auf das Kugelpaar wird die Ladung Q gebracht. Die Kugeln stoßen sich ab und kommen in der gegenseitigen Entfernung e in eine neue Ruhelage. Stellen Sie eine Beziehung zwischen der Gesamtladung Q, der Fadenlänge l, der Kugelmasse m für eine Kugel und der Entfernung e auf, welche die Ladung Q mit Hilfe der gemessenen Größen l, m und e zu berechnen gestattet. Welchen Ladungsbetrag Q1 hat jede Kugel, wenn e =12cm, l=1m und m=2g ist?"

kann mir da irgendwer helfen? Hab keine Ahnung wie ich damit Anfangen soll... *verzweifelt*

 

[SvenF311]

kann mir da irgendwer helfen? Hab keine Ahnung wie ich damit Anfangen soll... *verzweifelt*

Aufmalen!

Nur vorweg, mein E-Technik-Studium habe ich vor fast 6 Jahren nach nur einer Woch abgebrochen, also habe ich eigentlich auch keine Ahnung, wie man die Aufgabe lösen kann und rate eigentlich nur...

Aber im Prinzip wirkt da doch nur die Gewichtskraft der Kugeln gegen die elektrische Abstoßung der Ladungen. Und beide Kräfte müssen im Gleichgewicht sein...

Für die Gewichtskraft gilt: Fg = m * g

Das Moment von Fg ist der Hebelarm, also der halbe Abstand der Kugeln, multipliziert mit der wirkenden Kraft: Mg = Fg * e/2

Die Kraft Fr kann man über die Momente bestimmen: Mr = Fr * L
Mr . . = Mg
Fr * L = Fg * e/2
Fr . . = Fg * e/2 * 1/L
Fr . . = Fg * 0.5 * e/L

Fx . . . .= sqrt( Fr² - Fg² )
Fx(L,e,m) = sqrt( m²g² * ( 0.5 * (e/L)² - 1 ) )

Fx ist die Kraft, die nötig ist, um eine Kugel zu bewegen; die zum Bewegen beider Kugeln ist somit 2 Fx.

Laut der Formel in der Wikipedia berechnet sich die Abstoß-Kraft der Kugeln als
F = 1/(4 pi epsilon0) * Q1 * Q2 / r²
mit r = e und Q1 = Q2 = Q (?)

Wenn man diese Formeln nun Gleichsetzt und nach Q auflöst, sollte sich die Ladung bestimmen lassen...

MfG
Sven