1 van 1

bollen

Geplaatst: di 14 mei 2024, 13:26
door ukster
2 holle metalen bollen van gelijke massa (76,68 gram), gelijke buitendiameter (4cm) en gelijke lading Q worden opgehangen aan 2 massaloze geïsoleerde draden van gelijke lengte l. (Buitendiameter bol << l)
In een paraffinebad (εr=2, ρparaffine=800kg/m3) is de hoek tussen de draden 60°
In lucht is de hoek tussen de draden 70°
Wat is de binnendiameter van bol?

Re: bollen

Geplaatst: di 14 mei 2024, 18:10
door Xilvo
Het maakt volgens mij niet uit of de bollen hol zijn of niet. Dan is de binnendiameter niet vast te stellen.

Re: bollen

Geplaatst: di 14 mei 2024, 18:21
door wnvl1
Misschien moet er een klein gaatje in de bollen gemaakt worden zodat ze van binnen gevuld worden met paraffine.

Re: bollen

Geplaatst: di 14 mei 2024, 20:32
door sensor
In lucht werken de volgende krachten op elke bol:
F_g = mg
F_e = \frac{Q^2}{4 \pi \varepsilon_0 r_{\text{lucht}}^2}

Spankracht in de draad, die in evenwicht is met de resulterende kracht van zwaartekracht en elektrische afstoting


Het volume van de bol is het verschil tussen het volume van de buitensfeer en de binnensfeer:
$$ V = \frac{4}{3} \pi \left( \left(\frac{D}{2}\right)^3 - \left(\frac{d}{2}\right)^3 \right) $$

Re: bollen

Geplaatst: di 14 mei 2024, 20:36
door ukster
En in een paraffinebad is er ook nog een opwaartse kracht 8-)

Re: bollen

Geplaatst: di 14 mei 2024, 20:42
door sensor
ukster schreef: di 14 mei 2024, 20:36 En in een paraffinebad is er ook nog een opwaartse kracht 8-)
argg, back to the drawingbord

Re: bollen

Geplaatst: di 14 mei 2024, 23:03
door wnvl1
Xilvo schreef: di 14 mei 2024, 18:10 Het maakt volgens mij niet uit of de bollen hol zijn of niet. Dan is de binnendiameter niet vast te stellen.
Dat probleem aangehaald door Xilvo is toch nog altijd niet opgelost?
Tenzij je bevestigt dat de bollen vanbinnen gevuld zijn, zoals ik voorstelde, met paraffine.

Re: bollen

Geplaatst: wo 15 mei 2024, 08:58
door ukster
Geheel ondergedompeld in een paraffinebad bedraagt de hoek 60°
In lucht is de hoek 70°
Hieruit is de massadichtheid van de bol te berekenen.
Aangezien de massa van een bol bekend is volgt de binnendiameter uit het materiaalvolume van de bol.

Re: bollen

Geplaatst: wo 15 mei 2024, 12:34
door wnvl1
Maar zit in de holle bol dan lucht of paraffine bij onderdompeling?

Re: bollen

Geplaatst: wo 15 mei 2024, 16:13
door ukster
Lucht.

Volgens mij is dit vraagstukje redactioneel fout en zou de vraag moeten luiden:
Twee massieve metalen bollen van gelijke massa , gelijke diameter en gelijke lading Q worden opgehangen aan twee massaloze geïsoleerde draden van gelijke lengte l. (diameter bol << l)
In een paraffinebad (εr=2, ρparaffine=800kg/m3) is de hoek tussen de draden 60°en In lucht 70°
bepaal de metaaldichtheid.

Re: bollen

Geplaatst: do 16 mei 2024, 14:14
door wnvl1
\(\rho_{metaal} = 1168.23704099664 kg/m^3\)

Voor de nieuwe variant van het raadsel met g=10N/kg.

Re: bollen

Geplaatst: do 16 mei 2024, 16:06
door ukster
ik kom op
dichtheid
dichtheid 12336 keer bekeken
≈ 3958 kg/m3

Re: bollen

Geplaatst: do 16 mei 2024, 16:28
door wnvl1
Fout gevonden, nu 3867.13330195116.

Dan zitten we dicht in elkaars buurt.

Code: Selecteer alles

from sympy import *
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt 
m, gewicht_lucht, gewicht_par, Fcoulomb_lucht, Fcoulomb_par, rho_par, V, rho_metaal, epsilon_r_par, k, g, l, theta_lucht, theta_par, Q = symbols('m gewicht_lucht gewicht_par Fcoulomb_lucht Fcoulomb_par rho_par V rho_metaal epsilon_r_par k g l theta_lucht theta_par Q')

eq1 = Eq(g, 10) #N/kg
eq2 = Eq(k, 8.988*10**9) #N/kg
eq3 = Eq(epsilon_r_par, 2) #N/kg
eq4 = Eq(rho_par, 800) #N/kg
eq5 = Eq(theta_lucht, 70*pi/180) #N/kg
eq6 = Eq(theta_par, 60*pi/180) #N/kg
eq7 = Eq(Fcoulomb_lucht, k*Q**2/(l*sin(theta_lucht))**2) 
eq8 = Eq(Fcoulomb_par, (k/epsilon_r_par)*Q**2/(l*sin(theta_lucht))**2)
eq9 = Eq(gewicht_lucht, V*rho_metaal*g) #N/kg
eq10 = Eq(gewicht_par, V*(rho_metaal-rho_par)*g) #N/kg
eq11 = Eq(tan(theta_lucht), Fcoulomb_lucht/gewicht_lucht) #N/kg
eq12 = Eq(tan(theta_par), Fcoulomb_par/gewicht_par) #N/kg
solve([eq1,eq2,eq3,eq4,eq5,eq6,eq7,eq8, eq9, eq10, eq11, eq12], dict=True)
[{Fcoulomb_lucht: 10178679290.909*Q**2/l**2,
Fcoulomb_par: 5089339645.45448*Q**2/l**2,
V: 97656.0488955274*Q**2/l**2,
epsilon_r_par: 2.00000000000000,
g: 9.81000000000000,
gewicht_lucht: 3704736286.03268*Q**2/l**2,
gewicht_par: 2938331614.30058*Q**2/l**2,
k: 8988000000.00000,
rho_metaal: 3867.13330195116,
rho_par: 800.000000000000,
theta_lucht: 1.22173047639603,
theta_par: 1.04719755119660}]

Re: bollen

Geplaatst: do 16 mei 2024, 16:35
door wnvl1
wnvl1 schreef: do 16 mei 2024, 14:14 Voor de nieuwe variant van het raadsel met g=10N/kg.
Gaat tegen mijn intuïtie in, maar g speelt geen rol in het raadsel.