Berekening van puntladingen

Lenora

Ik zit in het eerste jaar van mijn chemie opleiding toen er werd besloten dat ik ook natuurkunde dingen moet weten...

Nu blijkt dat mijn herenen en natuurkunde niet een optimale samenstelling is. Zodra ik natuurkunde hoor gaat de toegang tot mijn herenen dicht.

Dus ik hoopte eigenlijk dat er iemand hier is die iets snapt van natuurkunde, ondanks dat het een chemie forum is, en dat aan mij in baby en peuter niveau kan uitleggen.

Het gaat om de volgende vraag:

Twee kleine geladen bolletjes, elk met een massa van 100 mg en met dezelfde lading, zijn ieder afzonderlijk aan een touw met een lengte van 2 m opgehangen in hetzelfde punt. Door de afstotende elektrostatische krachten bewegen de bolletjes uit elkaar, tot ze in evenwicht verkeren bij een onderlinge afstand van 10 cm. Bereken de lading op de bolletjes, als we veronderstellen dat de diameter van de bolletjes erg klein is ten opzichte van hun afstand.

Graag zou ik uitleg willen hebben hoe ik deze en soortgelijke vragen zou moeten oplossen

Maar natuurlijk heb ik zelf ook nagedacht:

- Ik heb de formule F = f * (Q1 * Q2)/r₂ nodig, tenminste dat denk ik...

- Ik moet iets met hoeken bereken aangezien ik dat bij een voorgaande vraag ook moest. Niet dat ik snap waarom ik dat moest doen.

Het antwoord is volgens de module: 5,22*10_-9 C

Wie helpt mij natuurkundige denkstappen te laten maken?

Al vast bedankt!

In physics I trust

ondanks dat het een chemie forum is

Nee hoor

Enkele vragen die je je kan stellen: welke lukken er niet, want je zit zelf al een eind in de juiste richting:

Welke krachten zijn er werkzaam?
Ze zijn in evenwicht, dus de som van al deze invloeden is 0.
Welke formules horen bij deze krachten?
Welke parameters kan ik hier al invullen?
Welke parameters zoek ik?
Los de vergelijking die je bekomt door het evenwicht uit te drukken, op naar de gevraagde parameter.

Lenora

Ik heb zelf ondertussen het een en ander geprobeerd:

In het boek Natuurkunde voor dummies

kwam ik de volgende formule tegen:

F = -G * (m₁ * m₂)/r²

Deze formule kon ik helemaal invullen waarbij:

F = -6,67428*10^-15 N

Deze F waarde heb ik ingevuld in de wet van colulomb

6,67428*10^-15 = 9*10⁹ * Q²/0,01²

waaruit kwam dat Q = 8,61*10^-15 is

Wat dus niet klopt.

Maar op een of andere manier is dit misschien op te lossen met het gegeven dat de cos van de hoek tussen de lading en het ophangpunt van het touw ongeveer 1 is?

In ieder geval: hier ben ik weer vastgelopen en ik zou geen idee hebben hoe het anders moet

Jan van de Velde

stap 1 voor oplossen van krachtproblemen: tekenen

: lenora1.png (4.17 KiB) 759 keer bekeken

eventjes niet netjes op schaal, want met de kleine hoeken zien we anders niet meer goed wat we doen.

principe van stilstaande krachtsituaties als deze: de optelsom van alle krachten die op het voorwerp werken (de NETTOkracht) moet 0 zijn,, want anders zou snelheid, richting of vorm van je bolletjes veranderen.

we weten dat er een zwaartekracht op de bolletjes werkt. Dat is naar beneden. (duhhh)

we weten ook dat er een coulombkracht werkt. Dat werkt van het ene bolletje op het andere en v.v., en wel zodanig dat de bolletjes uiteen geduwd worden. de richting van die kracht ligt dus voor de hand (toch?

)

met alleen die zwaartekracht recht naar beneden en een coulombkracht recht opzij hebben we alleen nog maar een resultante van die twee schuin omlaag, en die is dan niet 0:

: lenora2.png (4.5 KiB) 758 keer bekeken

Er móet dus nog een derde kracht zijn. Kijk eens goed naar je tekening en bedenk wat er nog een kracht op je bolletje zou kunnen uitoefenen, en in welke richting dat dan zou moeten om de resultante van die vorige twee krachten op te heffen.

Als je dat principe ziet, dán pas kunnen we er eens aan gaan denken om te rekenen

Lenora

De derde kracht is een kracht schuin omhoog. Dus waarschijnlijk de kracht die de punt lading biedt tegen het knooppunt van het touw.

Die kracht heb ik in een voorgaand vraagstuk op kunnen lossen door Cos(hoek * lading van puntlading) te doen.

Als ik goed redeneer moet ik nu dus de kracht van de zwaartekracht en de kracht van de coulomb wet bij elkaar opletten en daar Cos(hoek * puntlading) = schuine kracht doen.

Waarin ik de schuine kracht kan zien als de som van alle krachten die gelijk is aan nul?

Maar hoe kan ik dan de Coulomb kracht uitrekken zonder de ladingen te weten? Of bedenk ik nu weer een hele boel onzin...

aadkr

Op de puntlading werken 3 krachten, de zwaartekracht, de Coulombkracht en de trekkracht van het touw.

Als je nu de resultante bepaald van de zwaartekracht en de Coulombkracht op 1 zo''n bolletje , wat valt dan op als je naar de trekkracht van het touw op het bolletje kijkt?

Jan van de Velde

De spankracht in het touw zal inderdaad precies even groot zijn als de resultante van coulombkracht en zwaartekracht, en tegengesteld gericht.

Omdat een touw alleen maar kracht kan uitoefenen in zijn eigen richting kennen we dus de richting van die resultante (hoek van je touwtje)

van die resultante kennen we ook de verticale component (want die zal even groot zijn als de zwaartekracht)

in een rechthoekige driehoek met een bekende hoek (die van je touwtje) en met een bekende zijde (die van de zwaartekracht) kun je met wat goniometrie verder álles berekenen. Ook de grootte van je coulombkracht,

: lenora3.png (7.62 KiB) 759 keer bekeken

en daarmee uiteindelijk de lading van je bolletjes

Lenora

Met behulp van de uitleg heb ik het een en ander geprobeerd. Ik dacht het echt te snappen dus het was een teleurstelling toen er een verkeerd antwoord uit kwam

.

Ik heb ten eerste de zwaarte kracht uit gerekend m.b.v de volgende formule:

F_z = m * g

F_z = 0,0001 * 9,81

F_z = 9,81 * 10^-3

Daarna heb ik de hoek tussen het touwtje en het pijltje van de zwaarte kracht berekend

Sin^-1(5/200) = 1,43 graden

Daarna heb ik formule herschreven:

Tan(hoek) = Zwaartekracht / Coulomdkracht

Zwaartekracht / Tan(hoek) = Coulombkracht

Deze laatste heb ik ingevuld

9,81 * 10^-3 / Tan(1,43) = 0,3929

De coulmbkracht heb ik logische wijs is de wet van coulomb ingevuld

0,3929 = 9*10⁹ * Q²/0,01

Waaruit komt:

Q = 6,61*10^-1

Wat dus wederom niet klopt!

Ik hoop dat jullie de moed nog niet opgegeven hebben, morgen helpt een klasgenoot me ook nog even met deze som en daarna nog 22 te gaan

aadkr

\(F_{Z}=0,0001 \cdot 9,81=9,81 \cdot 10^{-4}N\)

Hoek

\(\alpha\)

heb je goed berekent.

\(\alpha=1,4325 graden\)

Tan (alfa)= Coulombkracht / zwaartekracht

Coulombkracht=tan(alfa) . Zwaartekracht.

Lenora

Heel erg bedankt allemaal! Ik denk het nu door te hebben.

Vanmiddag tijden algemene chemie kwam opeens het goede antwoord op deze vraag in het scherm van mijn rekenmachine te voorschijn!

Dus allemaal duizend maal dank met het helpen ontwikkelen van mijn natuurkundig inzicht, ik begin weer een beetje hoop te krijgen voor de toets.

Ik hoop dat jullie me weer willen helpen als ik een van de andere vragen niet snap.

Nog maal bedankt,

Lenora

Jan van de Velde

Ik hoop dat jullie me weer willen helpen als ik een van de andere vragen niet snap.

met alle plezier

. Daar is dit huiswerkforum voor bedoeld.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Berekening van puntladingen

Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen

Re: Berekening van puntladingen