Physik Forum

[Johannes1994]

Hallo,

ich lerne zurzeit Physik und hänge bei einer Aufgabe fest.

"Ein Metallstab liegt auf zwei Schienen und kann über einen Schalter an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden. Parallel zu den Schienen, die einen Abstand von l = 25 cm haben, herrscht ein Magnetfeld von B = 350 mT. Beim Schließen des Schalters springt der Stab (m = 28 g) h = 37 cm in die Höhe. Berechnen Sie die elektrische Ladung Q, die während des kurzzeitigen Stroms durch den Stabquerschnitt fließt."

Das habe ich mir bis jetzt überlegt:

Die Energie, die der Stab aufnimmt ( Epot ) ist :

Epot = m*g*h
Epot = 0.028kg * 9.81N/kg * 0.37m
Epot = 0.102 J

Diese Energie muss vom fließendem Strom geliefert werden.
Jedoch weiß ich nicht, wie ich diese Energie berechnen soll.

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.
Gruß Johannes.

[GvC]

Während der sehr kurzen Zeit Delta t nach dem Einschalten erfährt der Stab einen Kraftstoß F*Delta t, der gleich der Impulsänderung ist. Vor dem Einschalten war der Impuls Null, nach der Zeit Delta t ist er m*v0 (v0=Anfangsgeschwindigkeit). Also ist die Impulsänderung gleich dem Impuls unmittelbar nach Ablauf der Zeit Delta t.

p=m*v0=F*Delta t

Dabei ist F die Lorentzkraft

F= I*l*B

Einsetzen

m*v0=I*l*B*Delta t

mit I*Delta t=Q.

Q ist die gesuchte Ladung, die während der sehr kurzen Zeit Delta t durch den Stabquerschnitt fließt.

m*v0=Q*l*B

---> Q=m*v0/(l*B)

v0 aus Energieerhaltungssatz

v0=sqrt(2*g*h)

---> Q=m*sqrt(2*g*h)/(l*B)