Physik M
09.03.2018

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Matrikelnr.


Problem 1

Ein Proton (Ladung $e=1.6022\times10^{-19}\,\text{C}$, Masse $m_p=1.6726231\times 10^{-27}\,\text{kg}$) gerät in eine Region konstanten magnetischen Feldes. Der Ortsvektor des Protons ist

Dabei ist $t$ die Zeit in Sekunden. Wie lautet das magnetische Feld?

$\vec{B} = $ $\hat{x} + $ $\hat{y} + $ $\hat{z}$ [T] 


Problem 2
Drei Ladungen befinden sich gleichmäßig verteilt entlang einer vertikalen Linie, ($q_1=$  × 10-20 C, $q_2=$  × 10-20 C, $q_3=$  × 10-20 C).

Wie großist das elektrostatische Potential am Ort $P$, welcher sich 0.1 nm links von der Ladung $q_2$ befindet? Das elektrostatische Potential soll weit entfernt von den Ladungen zu Null verschwinden.

$\varphi=$ [V].

Wie groß ist das elektrische Feld am Punkt $P$?

$\vec{E} = $ $\hat{x} + $ $\hat{y} + $ $\hat{z}$ [V/m] 


Problem 3
Eine Feder mit Federkonstante $k=$  N/m ist vertikal aufgehängt, so dass sich das freie Ende an $y = 0$ befindet. Positiv $y$ ist nach oben. Ein Gewicht der Masse  g wird bei der Feder angebracht und losgelassen $y(t=0)=0,\,v_y(t=0)=0$. Wie weit nach unten bewegt sich das Gewicht?

$y_{\text{min}}=$  [cm]

Mit welche Frequenz schwingt das Gewicht?

$f=$  [Hz]

Die Erdbeschleunigung ist 9.81 m/s².


Problem 4

Das elektrische Potential sei beschrieben durch:

$$\varphi(x,y)= 10^{-2}\exp \left(-\frac{x+y}{10^{-6}}\right)\quad\text{V}$$

Wie lautet das elektrische Feld?

$\vec{E} = $ $\hat{x} + $ $\hat{y} + $ $\hat{z}$ [V/m] 


Problem 5

Zweidimensionale Wellen werden von einer punktförmigen Quelle, die sich an $\vec{r}_0=-2\hat{x}$ [m] befindet ausgesendet. Die Funktion, die die Ausbreitung der Welle beschreibt, lautet im komplexer Schreibweise,

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

Wie groß ist die Wellenlänge der Wellen?

$\lambda=$ [m]

Wie lautet die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen?

$v=$ [m/s]

Wie lautet die Amplitude der Schwingung an der Stelle $\vec{r}=0$?

$|z_{\text{max}}|=$ [m]


Problem 6

Ein Lichtstrahl wird vom Punkt $o$ ($x=-4$ cm, $y=1$ cm) ausgesendet und an einer kugelförmigen Grenzfläche am Punkt $P$ ($x=-0.025$ cm, $y=0.5$ cm) gebrochen. Der Radius der gekrümmten Grenzfläche ist 5 cm. Der Brechungsindex ist $n_1=1$ auf der linken Seite der Grenzfläche und $n_2=$ 2. auf der rechten Seite der Grenzfläche.

Wie groß ist der Winkel $\theta$?

$\theta =$ [rad]