Metall- und Glaskugel gleicher Größe, die in einer Höhe freigesetzt werden

Diese Frage stand heute in meiner Klausur:

Eine Metall- und eine Glaskugel gleicher Größe wurden in gleicher Höhe fallen gelassen. Welche Kugel würde zuerst auf dem Boden aufschlagen und warum?

Ich habe über einiges nachgedacht und komme zu keinem Ergebnis. Eine EMK wird entwickelt, wenn sich Elektronen aufgrund des Magnetfelds der Erde bewegen. Wir haben also eine geladene Kugel? Was jetzt? Die Magnetkraft ist senkrecht zur Geschwindigkeit, daher wird keine Arbeit von ihr geleistet.

Wenn mich nur jemand in die richtige Richtung weisen könnte.

Wenn die beiden nicht auch das gleiche Gewicht haben, ist die Frage unbeantwortbar.
@HotLicks Selbst wenn die beiden Objekte die gleiche Masse haben, wäre es sehr schwierig zu beantworten, da es nicht anzeigt, ob wir den magnetischen Einfluss auf die Metallkugel berücksichtigen sollten.
@LDC3 - Richtig, wir müssten auch die magnetischen Eigenschaften der Metallkugel kennen. Wenn das verwendete Metall keine magnetischen Eigenschaften hat (Ferromagnetismus usw.), würde es nur Wirbelströmen ausgesetzt sein, wenn es sich durch Magnetfelder bewegt, und die Wirbelströme würden es verlangsamen.

Antworten (15)

EMK auf einem leitenden Objekt induziert Wirbelströme . Diese wiederum zerfallen aufgrund des elektrischen Widerstands des Objekts. Was Sie am Ende haben, ist Energie in Form von Wärme.

Wenn Sie die beiden Objekte vergleichen (im Wesentlichen einen Leiter mit einem Nichtleiter), fließt ein Teil der potenziellen Gravitationsenergie in die Erzeugung von Wirbelströmen. Das bedeutet, dass der Dirigent weniger kinetische Energie und damit eine langsamere Geschwindigkeit hat.

Ob dies tatsächlich messbar ist (auch im Vakuum), ist bestenfalls zweifelhaft. Ich habe auch eine Frage an dich:

Sie scheinen Magnetkraft und EMK zu verwechseln - was erzeugt in Ihrem Beispiel die EMK?

Entschuldigung, aber wie können Sie sagen, dass "ein Teil der potenziellen Gravitationsenergie in die Erzeugung von Wirbelströmen fließt"?

Lesen Sie den blauen Kasten in NCERT auf Seite Nr. 219 mit der Überschrift „ELEKTROMAGNETISCHE DÄMPFUNG“. Wenn wir das Experiment in einem Aluminiumrohr durchführen, erreicht der Glaskörper aufgrund von Wirbelströmen zuerst, da die Bewegung des Kugelkörpers entgegengesetzt ist.

ABER wenn wir das Experiment in einem PVC/Plastik-Rohr oder in Luft machen ... erreichen beide gleichzeitig.

Da sich beide Kugeln auf der Gravitationsäquipotentialfläche befinden, fallen sie mit der gleichen Geschwindigkeit. Während der Abstand für beide Kugeln gleich ist (dh sie haben die gleiche Höhe), ist auch die Zeit für beide gleich.

Gleiche Zeit! Wenn sie die gleiche Dichte und die gleiche Oberfläche haben, die dem Luftwiderstand ausgesetzt ist.

Es wird nur angegeben, dass sie die gleiche Größe haben. Sie könnten eine andere Masse haben, da Glas eine geringere Dichte als die meisten Metalle hat. Obwohl sie die gleichen mittleren Dichten haben könnten, wenn die Metallkugel einen Hohlraum hat.

Der Glaskörper erreicht den Boden früher, da die Erdbeschleunigung unabhängig von der Masse eines fallenden Körpers ist. Da es sich um einen Isolator handelt, wird in ihm aufgrund des Erdmagnetfelds kein induzierter Strom entwickelt.

Sowohl der Luftwiderstand als auch die Höhe spielen eine wichtige Rolle, die die Flugzeit für zwei Objekte unterschiedlicher Masse bestimmen, die aus derselben Höhe fallen gelassen werden. Objekte fallen mit der gleichen Geschwindigkeit (konstante Beschleunigung), wenn der Effekt des Luftwiderstands vernachlässigbar ist. Wenn zwei Objekte unterschiedlicher Masse aus sehr großer Höhe fallen gelassen werden (z. B. aus einem Flugzeug), dann fallen die Objekte mit größerer Masse schneller als die leichteren. Dies liegt an dem schnelleren Ausgleich der Kräfte (Gewicht und Luftwiderstand) für das leichtere Objekt als für das schwerere Objekt. Wenn die Höhe, aus der Objekte fallen, gering ist, ist die Variation der Flugzeit zu gering, um genau gemessen zu werden. Die obige Antwort gilt unter der Annahme, dass keine elektromagnetischen Auswirkungen auf fallende Objekte aufgrund von Wirbelströmen auftreten.

Die Glaskugel erreicht den Boden früher, da die Metallkugel frei in das Magnetfeld der Erde fällt und eine große Strommenge auf der Metallkugel induziert wird, die als Wirbelstrom bezeichnet wird. Der Wirbelstrom wird seiner Ursache entgegenwirken und die Ursache ist die Beschleunigung der Metallkugel. Jetzt wird der Fall der Metallkugel gestoppt, sodass die Geschwindigkeit der Metallkugel abnimmt und die Glaskugel früher den Boden erreicht.

In einer Metallkugel wird es eine elektromagnetische Induktion geben, nach dem Lenz-Gesetz wird EMK induziert und es wird dem Fluss seiner Bewegung entgegenwirken, so dass die Metallkugel etwas später ankommt als die Glaskugel ...

Der Glasbob erreicht schneller. Wenn die beiden Bobs frei fallen, erzeugt die leitende Metallkugel auf ihrer Oberfläche einen Strom, der als Wirbelstrom bezeichnet wird und der Beschleunigungsrichtung entgegengesetzt ist, dh entgegengesetzt zur Gravitationsbeschleunigung. und damit die Geschwindigkeit der unter das Erdmagnetfeld fallenden Metallkugel verringert, wird dieser Effekt auch als elektromagnetische Dämpfung bezeichnet. Da aber die isolierende Glaskugel auf ihrer Oberfläche keinerlei Wirbelstrom erzeugt, kommt die Glaskugel schneller und ungehindert an.

Ich denke, dass beide Bobs gleichzeitig den Boden erreichen werden, da die Masse beider fast gleich ist, da sie gleich groß sind und die Berücksichtigung des Erdmagnetfelds aus meiner Sicht nicht sehr effektiv ist.

Glasbob erreicht zuerst, weil es aufgrund des Vorhandenseins des Erdmagnetfelds keinen Effekt der elektromagnetischen Induktion gibt, im Gegensatz zu Metallbob (Antwort aus cbse-Prüfungsarbeit _2014)

So wie es aussieht, enthält diese Antwort nicht genügend Informationen, um eine gute Antwort zu sein. Gestalten Sie es ein wenig heraus, fügen Sie einige Details hinzu.

Denken Sie an die Dichte von Lithium, die geringer ist als die Dichte von Glas. Die Lithium-Kugel landete aufgrund des Luftwiderstands oft später auf dem Boden als das dichtere Glas. Das Experiment erfordert ein Verfahren zum Auftragen einer Beschichtung auf die Lithiumkugel, um zu verhindern, dass sie an der Luft brennt.

Die Glaskugel erreichte den Boden früher, da aufgrund der Erdanziehungskraft kein Strom erzeugt wird.

Wie der Fragesteller betont: "Die Magnetkraft wird senkrecht zur Geschwindigkeit sein, daher wird keine Arbeit von ihr geleistet." Ihre Antwort muss also diesen Punkt ansprechen.

Wenn wir die gleiche Größe einer Metallbox und einer Glasbox werfen. Der Glaskasten wird zuerst coz in die metallische Sphäre gelangen, da er sich dem Erdmagnetfeld mit der Geschwindigkeit v nähert, er wird darin Wirbelströme erzeugen und zu diesem Zweck die Erdanziehungskraft nach dem Lenz-Gesetz abstoßen, also in metallisch Box wird die wirkende Gravitationskraft geringer sein als die tatsächliche Gravitationskraft. Dies ist in einer Glasbox nicht der Fall, da das Magnetfeld darauf keinen Einfluss hat. Daher wird es mit der gleichen realen Gravitationskraft herunterkommen und somit im Vergleich zu einer metallischen Kugel gleicher Größe zuerst erreichen.

Hoffe du hast es verstanden

Metallkugel würde zuerst den Boden treffen. Es würde keine Wirkung einer induzierten EMK oder eines Magnetfelds geben. es hängt nur von der Gravitationskraft ab, da F = mg die Masse der Metallkugel größer ist, daher erreicht sie schneller als die Glaskugel, deren Masse kleiner als die Metallkugel ist.

Galileo mag dich nicht.