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Schule J Photonenpendel
adela199
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2020-02-18


Hallo zusammen,

fürs Abitur in BW lerne ich gerade Physik. Bei folgender Aufgabe bin ich stehengeblieben, weil ich nicht weiß, wie man sie knacken kann. Ich hoffe, ihr könnt mir weiterhelfen. Danke euch.

In einem Forschungsinstitut wird zum Nachweis, dass Photonen einen Impuls besitzen, folgender Versuch durchgeführt.
Ein ideal reflektierender Spiegel (Masse m = 2 * 10 hoch minus 5 kg) ist bifilar an zwei dünnen, als masselos zu betrachtenden Faden (Länge l = 2 m) aufgehängt. Der Lichtpuls eines Lesers (Leistung P = 50 W, Wellenlänge lambda = 365 nm) trifft den Spiegel im Schwerpunkt und lenkt ihn aus. Gehen Sie davon aus, dass sich der Spiegel wie ein Fadenpendel bei geringer Auslenkung verhält und er sich während der Dauer des Lichtpulses delta t = 20 ms in der Ruhelage befindet. Zur Vermeidung von Dampfungseffekten findet der Versuch im Hochvakuum statt. Sie Fallbeschleunigung beträgt g = 10 m / s²
Die Aufgabe lautet: Berechnen Sie, wann der Spiegel zum ersten Mal seine maximale Auslenkung erreicht und geben Sie den Wert der Auslenkung an.

Ich habe für die Höhe des Spiegels 5,58 mal 10 hoch minus 9 m. Jedoch weiß ich ich nicht, wie man die Zeit und Auslenkung bestimmen kann.



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Vercassivelaunos
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2020-02-18

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Hallo adela199,

in dieser Aufgabe steckt ganz schön viel drin. Der Spiegel soll sich ja wie ein Fadenpendel bei geringer Auslenkung verhalten, das heißt, du kannst seinen Auslenkungswinkel (die Höhe interessiert hier gar nicht) als $\varphi(t)=\varphi_\mathrm{max}\sin\left(\sqrt{\frac{g}{l}}t\right)$ bestimmen. Daraus kannst du wiederum die Winkelgeschwindigkeit $\omega(t)=\dot\varphi(t)$ bestimmen. Überlege dir: Zu welchem Zeitpunkt hat der Spiegel die maximale Winkelgeschwindigkeit? Wie hängt diese Winkelgeschwindigkeit mit seiner Bahngeschwindigkeit $v$ zusammen? Und wie kannst du die Bahngeschwindigkeit $v$ bestimmen? (Hinweis: du kannst den Impuls des Spiegels mit den angegebenen Daten berechnen)

Viele Grüße
Vercassivelaunos
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