Übungen



Physikübung 24: Neutron als gebundenes System aus Proton und Elektron

Physik

Aufgabe: Ein freies Neutron zerfällt in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. Bei diesem Beta-Zerfall kann der Impuls des Elektrons maximal 0.78 MeV/c betragen. Zeigen Sie mit einer einfachen Überlegung über die Ortsunschärfe, dass das Neutron nicht als ein gebundenes System aus einem Proton und einem Elektron betrachtet werden kann, wie es in den 1930-ern Jahren getan wurde. Hinweis: Der Durchmesser des Neutrons beträgt… Weiterlesen

Physikübung 23: Isotopieverschiebung zwischen Wasserstoff und Deuterium

Physik

Aufgabe: Das Deuterium ist ein Wasserstoff-Atom mit einem zusätzlichen Neutron im Kern. Ausgehend von diesem Unterschied, berechnen Sie die Differenz in der Wellenlänge der Lyman-Alpha-Serie zwischen diesen beiden Isotopen. Lösung: Die Energie eines Niveaus im Bohrschen Atommodell ist gegeben durch: En=–e48ε02h2μZ2n2 Der erste Bruch wird nur durch Naturkonstanten festgelegt. Z ist die Anzahl der positiven Ladungen, also der Protonen im Kern (hier Z=1). n ist… Weiterlesen

Physikübung 22: Drei Massen auf einer Rampe

Aufgabe: Drei Massen (m1 > m3) sind wie in der Abbildung gezeigt mit einer Schnur verbunden. a) Wie groß ist die Beschleunigung der ersten Masse, wenn man annimmt, dass die die Schnur masselos ist und es keinerlei Reibungseffekte gibt? b) Wie groß ist die Beschleunigung, wenn man einen Gleitreibungskoeffienten µ zwischen den Massen un der Rampenoberfläche annimmt? Lösung: a) Die Beschleunigung ist nach Newton definiert… Weiterlesen

Physikübung 21: Wie hoch ist die Reaktionsrate?

Physik

Aufgabe: Ein Elektronenstrahl (I= 1 µA) wird auf ein Ca-40 Target mit einer Massenbelegung ρx = 20 mg/cm² geschossen. Angenommen der Wirkungsquerschnitt der Reaktion (e,e’) beträgt 1 mb, wie groß ist dann die Reaktionsrate? Lösung: Der Wirkungsquerschnitt σ ist wie folgt definiert. σ=Reaktionen/ZeitStrahlteilchen/Zeit·Streuzentren/Streufläche σ=N˙j·n/A Umstellen nach der Reaktionsrate. N˙=σ·j·nA Als erstes wird die Anzahl der Elektronen pro Sekunde j=Ne/t gesucht. Die Stromstärke ist definiert als… Weiterlesen

Physikübung 20: Wie tief ist der Brunnen?

Physik

Aufgabe: Bob wirft ein Stein in einen Brunnen und hört nach 4 Sekunden den Aufprall. Wie tief ist der Brunnen? Hinweis: Schallgeschwindigkeit beträgt 340 m/s. Der Luftwiderstand soll vernachlässigt werden. Lösung: Der Stein fällt gleichmäßig beschleunigt nach unten bis er auf den Boden des Brunnens auftritt. Durch den Aufprall entstehende Druckwelle bewegt sich nach oben wird schließlich vom Bob gehört. Es müssen also zwei Zeiten… Weiterlesen

Physikübung 19: Protonen im Magnetfeld

Physik

Aufgabe: Eine Ionenquelle sendet Wasserstoffkerne (Protonen) aus, die durch ein elektrisches Feld auf eine Geschwindigkeit v=4·105 m/s gebracht werden. Danach dringen die Protonen in ein homogenes Magnetfeld ein, wo sie auf einer Kreisbahn mit dem Radius r=10 cm fliegen, bis sie das Magnetfeld wieder verlassen. Bestimmen Sie den Betrag des Magnetfelds. Lösung: Im Magnetfeld wirkt auf ein bewegtes geladenes Teilchen die Lorentzkraft FL. F⇀L=qv⇀×B⇀ Im… Weiterlesen

Physikübung 18: Satz von Steiner

Aufgabe: Zwei massive Kugeln mit den Massen 4 kg und 1 kg und den Radien 30 cm und 10 cm sind mit einer Stange (deren Masse vernachlässigbar ist) miteinander verbunden (siehe Abbildung). Der Abstand zwischen den Kugelmittelpunkten beträgt 70 cm. Die Hantel wird waagerecht ausbalanciert und in Rotation versetzt. Berechnen Sie das Trägheitsmoment der Hantel. Lösung: Nach Satz von Steiner berechnet sich das Trägheitsmoment J… Weiterlesen

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