Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

123 Lösungen , / 4 m 6 67 10 6 10 7200 11 24 2 2 3 $ $ $ $ $ r = - ^ h 8 · 10 6 m = 8000 km Der Satellit umkreist die Erde in einer Höhe von etwa 2000 km über der Erdoberfläche. 34.6 Gemäß dem 3. Kepler´schen Gesetz ist das Ver- hältnis T 2 : r 3 konstant. 34.7 (Vergleiche Lösung zu Aufgabe 34.1 und 34.2) 36.1 1000 km Höhe: E p = –6,67 · 10 –11  · 6 · 10 24 · 1/(7 · 10 6 ) J = –6 · 10 7 J 36000 km Höhe: E p = –6,67 · 10 –11 · 6 · 10 24 · 1/(4 · 10 7 ) J = –10 7 J 36.2 Mond: E p = –6,67 · 10 –11 · 7 · 10 22 · 1/(3 · 10 6 ) = –1,3 · 10 6 J Erde: E p = –6 · 10 6 J (Aufgabe 36.1) 38.1 , / , m s v 2 6 67 10 6 10 6 37 10 11 24 6 1 $ $ $ $ $ $ = - - ^ h = 11200 m · s –1 38.2 2 / G M r v $ $ = = / m s 2 7 10 7 10 2 10 11 22 6 1 $ $ $ $ $ $ = - - ^ h 2 · 10 3 m · s –1 40.1 Die Fluchtgeschwindigkeit ist wegen der ge- ringen Anziehungskraft des kleinen Planeten kleiner als die mittlere Geschwindigkeit, die die Gasteilchen aufgrund der heftigen thermi- schen Geschwindigkeit haben. Lösungen zu Kapitel 15 50.1 8,9 · 10 9 N · m 2 /C 2 50.2 8,9 · 10 9 N 50.3 F = 1/(4 · r · f 0 ) · ( Q · q / r 2 ) ≈ 8,9 · 10 9 · 1,6 · 10 –19 · 1,6 · 10 –19 /(10 –15 ) 2 N ≈ 230 N Diese enorme Abstoßung muss durch eine sehr starke Kraft kompensiert werden. Diese Kraft heißt die „starke Wechselwirkung“ – sie wirkt zwischen Protonen und Neutronen im Atomkern. 50.4 In größerer Entfernung kompensieren ein- ander die anziehenden Kräfte zwischen den ungleichen Ladungen und die abstoßenden Kräfte zwischen den gleichen Ladungen der Körper (beachte, dass die Zahl der Elektronen und Protonen jeweils gleich ist). Eine äußerst schwache anziehende Van der Waals-Wech- selwirkung (aufgrund von Influenzeffekten) ist jedoch immer vorhanden. 50.5 Die elektrostatische Aufladung von Kunst- stoffkörpern führt bei der Entladung zu klei- nen Funkenüberschlägen (unerwünscht) und dazu, dass kleine Staubpartikel angezogen werden (unerwünscht). Das Haften der Kreide an der Schultafel wird durch elektrische Kräfte zwischen den Kreideteilchen und der Tafel- oberfläche erklärt (erwünscht). 51.1 Wir stellen den Zusammenhang über die me- chanische Arbeit W = F · s und die elektrische Arbeit W = U · I · t her: J = Nm =Ws = VAs N = VAs/m N / C = VAs/(Asm) = V/m 51.6 Mindestabstand vom Bäumen von etwa 3 m, Aufsuchen von Bodenvertiefungen (zB Mul- den), tiefe Hocke mit geschlossenen Beinen. 52.2 Beispiele: Magnethalter auf Metallflächen (Per- manentmagnet), Türöffner (Elektromagnet), Kompass (Magnetnadel und Erdmagnetfeld), … 53.1 Die thermische Bewegung der Elektronen er- folgt ungerichtet. Auftretende Magnetfelder sind zufällig ausgerichtet. In Summe („nach außen“) ergibt sich null. 55.2 a) elektrisches Feld eines Dipols oder magne- tisches Feld eines Hufeisenmagnetes von vorne; b) elektrisches Feld einer positiven Ladung c) homogenes elektrisches Feld (zB im Platten- kondensator) oder homogenes magneti- sches Feld (zB zwischen zwei ausgedehnten Magnetpolen) d) Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters (Hinweis: geschlossene elektrische Feldlinien treten bei veränderlichen mag- netischen Feldern auf, Kap. 18). 55.3 T = kg/(s 2 · A) = kg · m/(s 2 · A · m) = N/(A · m) = N · m/(A · m 2 ) = N · m · s/(A · m 2 · s) = N · m ·s/(C · m 2 ) = J · s/(C · m 2 ) = V · s/m 2 55.4 B = 7,5 · 10 –3 T 57.1 Legierungen, die eine hohe Sättigungsmagne- tisierung aufweisen, eignen sich zur Herstel- lung starker Magneten. 60.1 M ges = 100 · I · a · b · B · cos a = 100 · 0,1 · 0,01 · 0,02 · 1 · 0,4 A · m · m · T = 8 · 10 –4 A · m 2 · N/(A · m) = 8 · 10 –4 N · m. 60.2 Das Drehmoment ist am größten, wenn cos a = 1 ist. Dies ist beimWinkel a = 0°, 180°, ... der Fall. Bei a = 90°, 270°, ... ist cos a = 0, das Drehmoment ist ebenfalls null. 63.1 Der Ausdruck D A / D t bzw. l · v entspricht der zeitlichen Änderung der vom Stromkreis um- schlossenen Fläche, die von einemMagnetfeld durchdrungen wird. Je größer diese Änderung ist, desto höher ist die Induktionsspannung. 63.2 Gleichsetzung von mechanischer und elektri- scher Arbeit 63.3 [ B ] · [ A ] · [ t ] –1 = (V · s · m –2 ) · m 2 · s –1 = V = [ U ] 63.5 Wb = T · m 2 64.3 m 2 64.4 Spannung wird induziert, wenn es zu einer zeitlichen Veränderung des magnetischen Flusses kommt. Dies tritt bei zeitlichen Ände- rungen der magnetischen Induktion B und/ oder der durchflossenen Fläche A auf. Beispiele für Versuche: Eine Änderung der Stromstärke in einem Elektromagneten, des- Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv