Aufgabe:
Ladungen in einer Blackbox
Hallo liebe Community,
ich bin gerade dabei, mich ein bisschen außerhalb unseres eigentlichen Stoffgebietes umzuschauen. Dabei bin ich auf folgende Aufgabe gestoßen:
Auf der y-Achse befinden sich die beiden ortsfesten Ladungen Q1 und Q2 an den Positionen y1= −b und y2 = +b.
Die Ladungen sind in einer undurchsichtigen, nicht elektrisch leitfähigen, Blackbox eingeschlossen.
Eine positive Probeladung q kann auf der y-Achse im Bereich y ≥ 2b frei bewegt werden.
a) Erklären Sie, wie Sie mit Hilfe der Probeladung herausfinden können, ob sich im Inneren der Box ungleichnamige Ladungen Q1 = −Q und Q2 = +Q oder gleichnamige Ladungen Q1 = Q2 = +Q befinden.
Gehen Sie nachfolgend davon aus, dass sich im Inneren der Blackbox ungleichnamige Ladungen befinden mit Q = 1 nC und b = 1 cm.
b) Berechnen Sie die Beschleunigung auf ein Proton im Abstand y = 10b und begründen Sie, ob sich das Proton
gleichmäßig beschleunigt entlang der y-Achse bewegt.
c) Die Kraft der ungleichnamigen Ladungen in der Box auf das Proton lässt sich für alle y ≫ b näherungsweise
schreiben als \( F_{y}=\frac{q \cdot Q}{4 \pi \cdot \varepsilon_{0}} \cdot \frac{4 b}{y^{3}} \).
Leiten Sie die Formel zur Berechnung der Verschiebungsarbeit in diesem Feld
für alle y ≫ b her und berechnen Sie damit die Geschwindigkeit eines Protons, das bei y1 = 10b aus der Ruhe
losgelassen wird und bis y2 = 100b fliegt.
Problem/Ansatz:
Über jegliche Hilfe, bzw. auch nur Ansätze würde ich mich sehr freuen. Ich würde die Aufgabe gerne verstehen, da sie, wie gesagt, nicht weit von unserem aktuellen Stoffgebiet ist.
Vielen Dank im Voraus
