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Aufgabenstellung:

Die Punktladungen As, As und As bilden nach Bild a Eckpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks mit den Seitenlängen und . Die Permittivitätszahl beträgt .

Abbildung

Bild: Kraftwirkungen zwischen Punktladungen. a) Gegebene Anordnung, b) Ermittlung der Gesamtkraft durch geometrische Addition der auftretenden Teilkräfte

 

a) Welche Kraft wird auf die Ladung ausgeübt?
b) Welcher Winkel besteht zwischen der Richtung dieser Kraft und der Linie

Lösungsweg:

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Die Ladung übt auf die Ladung nach dem Coulomb'schen Gesetz eine Kraft aus mit dem Betrag

Da beide Ladungen positiv sind und sich somit abstoßen, ist die Kraft entsprechend Bild b nach außen gerichtet. In gleicher Weise ergibt sich für die Kraft, die die Ladung auf die Ladung ausübt, der Betrag

Diese Kraft wirkt, da sich beide Ladungen wegen der verschiedenen Vorzeichen anziehen, in Richtung von Die beiden Kräfte und müssen, wie in Bild b dargestellt, vektoriell addiert werden. Dazu bestimmen wir zunächst den Winkel der sich aus Bild b als

ergibt. Die Addition nehmen wir mit Hilfe der komplexen Rechnung vor, indem wir die Kräfte und durch komplexe Ausdrücke darstellen und diese mit einem Taschenrechner direkt addieren. Dabei liefert die Gleichung

a) den Betrag der gesuchten Kraft als

b) den gesuchten Richtungswinkel nach Bild b als

Lösung:

a)

b)