Physik M
04.10.2019

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Matrikelnr.

Problem 1
Ein Gewicht der Masse  g wird auf und ab bewegt. Die Beschleunigung des Gewichts sei gegeben durch:

Dabei ist $t$ die Zeit in Sekunden.

Zur Zeit $t=0$, sind die Position und Geschwindigkeit des Gewichts,

$$\vec{r} = 2\hat{x} + 3\hat{y} + 4\hat{z} \text{ m},$$ $$\vec{v} = 10\hat{x} \text{ m/s}.$$

Wo ist das Gewicht zum Zeitpunkt $t = 1$ s?

$\vec{r} =$ $\hat{x}$ + $\hat{y}$ + $\hat{z}$ [m].


Problem 2

Das elektrostatische Potential sei in einem räumlichen Bereich wie folgt gegeben:

$$\varphi= xy^2\quad\text{V}.$$

Dabei ist $x$ und $y$ die Position in Metern.

Wieviel Energie wird benötigt, um ein Elektron von $\vec{r}=0$ zum $\vec{r}=2\hat{x} + 2\hat{y}$ m zu bewegen?

$E$ = [J]

Elektronladung: $-1.6022\times 10^{-19}$ C, Elektronmasse: $9.1093897\times 10^{-31}$ kg.


Problem 3
Ein langer, gerader Draht liegt entlang der $x$-Achse eines Koordinatensystems. Durch diesen Draht fließt ein elektrischer Strom  mA in die positive $x$-Richtung. Ein Elektron fliegt über den Draht. Das Elektron hat an der Position

$\vec{r}= 0\hat{x}+0.01\hat{y}+0\hat{z}$ [m]

die Geschwindigkeit

$\vec{v}=$$\hat{x}$ + $\hat{y}$ - $\hat{z}$ [m/s].

Wie groß ist die Lorentzkraft des magnetischen Feldes auf das Elektron?

$\vec{F}=$ $\hat{x} +$ $\hat{y} +$ $\hat{z}$ [N]

Elektronmasse = $9.10938356 \times 10^{-31}$ kg  Elektronladung = $-1.6021766208 \times 10^{-19}$ C


Problem 4

Zweidimensionale Wellen werden von einer punktförmigen Quelle, die sich an $\vec{r}_1=-2\hat{x}$ [m] befindet, ausgesendet. Die Wellen werden beschrieben durch:

Hier werden $z$ und $r$ in Metern und $t$ in Sekunden angegeben.

Wie lautet die Einheit der Konstanten $A$?

$\text{Einheit von }A = $

Wie groß ist die Wellenlänge der Wellen?

$\lambda=$ [m]

Wieviele Wellenmaxima passieren den Punkt $\vec{r} = 0$ pro Sekunde?

$f=$ [Hz]

Wie lautet die Wellengeschwindigkeit?

$c=$ [m/s]


Problem 5

Das komplexe, skalare Feld, welches eine Welle beschreibt, ist

Hier werden $x$ in Metern und $t$ in Sekunden angegeben. Zeichnen Sie den Realteil von $\mathcal{U}$ als Funktion von $x$ bei $t=0$.

Zeichnen Sie den Realteil von $\mathcal{U}$ als Funktion von $t$ bei $x=0$.


Problem 6

Zwei dünne Linsen sind auf einer optischen Achse angeordnet. Beide Linsen haben eine Brennweite von 3 cm. Zeichnen Sie den Weg, den einige Lichtstrahlen ausgehend von einem Quellpunkt $o$ nehmen.

Die kleine Teilung des Maßstabes ist in mm.

Rechts der rechten Linse entsteht ein Bildpunkt. Ist das Bild reell oder virtuell, aufrecht oder umgekehrt?