(für mich) schweren Physik-Hausaufgaben

[Taubertaler]

(für mich) schweren Physik-Hausaufgaben

Liebes FSB!

Mein Aufruf geht an alle Physik-Genies,-Profis oder -Lehrer
Normalerweise waren die Aufgaben in meinem Physikunterricht der Klasse 10 für mich lösbar. Doch heute habe ich Aufgaben bekommen, mit denen ich überhaupt nicht fertig werde. Ich habe leider überhaupt keinen Ansatz, wie ich das machen soll.

Deswegen wäre es super, wenn ein freundlicher Jemand, der dieses Gebiet der Physik beherrscht, mir bis Dienstag, den 01.04 ein bisschen unter die Arme greifen kann.

Ich weiß nicht, ob die Aufgaben auch für Physik-Profis eine Herausforderung sind oder ob ich einfach nur zu blöd bin. Vielleicht fühlt sich ja einer von euch angespornt, diese Aufgaben zu lösen.
Er oder sie würde mir einen Riesen-Gefallen tun.


Hier die Aufgaben:
1.Wie groß wäre die Fläche, die ein Eisenstück mit der Dichte ϱ=7,86 kg/dm³ und der Masse m=1kg einnimmt, wenn man es zu einer Schicht von der Dicke eines Atoms auswalzen könnte.
Gegeben ist die angenommene Dicke des Fe-Atoms: 3Å (3 Angström)

2.Wie hoch ist der Prozentsatz von der Masse aller Hüllenelektronen beim Uran-Atom bezogen auf die Masse eines Nukleons?

Anmerkung dazurozentrechnung war noch nie meine Stärke

3.Für den Radius des Atomkerns gilt die folgende Näherungsformel:
r=1,4×10^-15m×(dritte Wurzel aus A); wobei A=Anzahl der Nukleonen ist.

a)Berechne mit Hilfe dieser Formel die Dichte der Kernmaterie von Helium.
b)Welche Kantenlänge hätte ein Würfel aus Kernmaterie, der die gleiche Masse wie die Erde besitzt?

4.Gibt es an einem Strand der Länge 1000m, Breite 100m und Tiefe 10m mehr Sandkörner als Atome in einer Muschel von 1cm³ Volumen?



Mich bringen diese Aufgaben zur Verzweiflung und ich bin für jede Hilfe seehr dankbar.

Gruß
Taubertaler

 

[KasperIII]

Hab grad leider keine Zeit das alles Auszurechnen, habe dir aber die Lösungsansätze:

1.) Also du hast die Dichte p
p ist definier als p=m/V
V kann man schreiben als V=A*h (h ist die Höhe also 3 °A~3*10^-10m)
und jetzt die gleichung p=m/(A*h) nach A auflösen

2.)Also Uran hat 92 Elektronen
Ein Elektron wiegt ca. m_e=9,11*10^-31 kg
Ein Nukleon (ich nehm das Proton) hat die Masse m_p=1,67*10^-27 kg
jetzt bildest du p=92*m_e/m_p
Das erbgenis noch mal 100 rechnen und du hast den Prozentualen Anteil der Elektronmasse

3.)
a)Man weiß, dass Helium 4 Nukleonen hat, also ergibt r:
r=1,4×10^-15m×(dritte Wurzel aus 4)
Dann rechnest du das Volumen aus: V=4/3*Pi*r^3
jetz berechnest du die Masse: m~4*m_p
Und damit die Dichte p=m/V
b)Du kennst die Erdmasse: M_E=5,9736*10^24 kg
Jetzt bestimmst du das Volumen, dass das Kernmaterial hätte: V=m_e/p (p asu a))
mit diesem Volumen kannst du die Kantenlänge a bestimmen: V=a^3

4.) hierbei fehlen eindeutig ein Paar Angaben...

Gruß und viel Glück noch
KasperIII

PS: wenns fragen gibt melden

 

[Taubertaler]

Ich probier das jetzt einmal und wenn ich es nicht hinbekomme, dann schreib ich das morgen.
Müsste aber dank deiner schnellen und durchdachten Antwort klappen.

Es wäre aber super, wenn du morgen abend oder so die Ergebnisse noch schnell ausrechnen könntest, damit ich sie auch ganz sicher richtig habe.

Ist nämlich wichtig, weil ich mit großer Wahrscheinlichkeit mindestens 2 an der Tafel vorrechnen muss.

Edit: Aufgabe 4 ist nicht so wichtig, da sie nur freiwillig ist.

Schönen restlichen Donnerstag
Taubertaler

 

[xlemmingx]

Aufgabe 4 würde ich mit Abschätzungen ausrechnen, geht im endeffekt ja sowieso nicht anders. Also Atome und Sandkörner als Quader annehmen, deren Volumen ausrechnen mit abgeschätzten Seiten ausrechnen und dann durch das Volumen des Strandes/der Muschel teilen.

MfG xlemmingx

 

[KasperIII]

So habs jetzt mal durchgerechnet:
m_p ... Masse Proton ~ Masse Neutron
m_e ... Masse Elektron
p... Dichte

Aufgabe 1:

p=m/(A*h)
<=> A = m/(p*h) = 1kg/(7,86*10^-3 (kg/m^3)*3*10^-10 m) = 4,24*10^5 m^2

Aufgabe 2:
m_es ... Masse der Elektronen des Urans

m_es = 92*m_e
p = m_es/m_p = 5,02*10^-2 = 5,02%

Aufgabe 3:
a)
r =1,4*10^-15 m *3.Wurzel(4) = 2,22*10^-15 m
V = 4/3*Pi*r^3 = 4,58*10^-44 m^3
m = 4*m_p = 4*1,67*10^-27 kg = 6,68*10^-27 kg
p= m/V = 6,68*10^-27 kg / 4,58*10^-44 m^3 = 1,46*10^17 kg/m^3

b)
m_E ... Erdmasse
V = m_E/p = 5,97*10^24 kg /1,46*10^17 (kg/m^3) = 4,09*10^7 m^3
a = 3.Wurzel(V) = 3,45*10^2 m^3

Und noch was zur 4.: im Prinzip müsste es so gehen wie xlemmingx es sagt, das einzige ist, dass man kein Vlumen/Radius oder irgendwas von Sand gegeben hat.

 

[Damulu]

Sandkörner

Hiho,
vielleicht kann ich was dazusteuern.

Die kleinste im Bauwesen verwendete (angesetzte) Größe für Sand entspricht der Sieblinie 1-4 mm. Das heißt rein aus der Bautechnik, die natürlich zu physikalischen Annahmen konträr gehen kann, hat das rechnerisch angesetzte Kleinstkorn einen Durchmesser von 1 mm.

Hoffe das hilft Euch.
LG Damulu

 

[KasperIII]

Also mitder Angabe von Damulu:
r_Sandkorn = 5*10^-4 m
V_Sandkorn = 4/3 * Pi* r_Sandkorn^3 = 5,24*10^-10 m^3

Der Strand hat das Volumen:
V_Stand = 1000 m *100 m *10 m = 1*10^6 m^3

Also sind n_Sand = V_Strand/V_Sandkorn = 1,91*10^15 Sandkörner am Stradn

Mit den Atomen ist das so ne Sache, es ist leider nicht angegeben, welches Atom man nehmen soll, nimmt man aber das Heliumatom aus 3 ergibt sich (ist leider nur der Kern):

V_Muschel = 1 cm^3 = 1*10^-6 m^3
V_Atom = 4,58*10^-44 m^3

n_Atom = V_Muschel/V_Atom = 2,18*10^37 Atomkerne

Mit Radium (eins der größten Atome r= 215*10^-12 m):
V_Ra = 4,16*10^-29 m^3
n_Ra = 2,4*10^22

Es sind also sogar beim Radium Atom mehr Atome in der Muschel als Sand am Strand.

Edit: Was man bei dieser Rechnung beachten sollte ist, dass diese sehr stark vereinfacht ist (ohne Hohlräume usw.) und je nachdem , was euer Lehrer erwartet, kann das eventuell nicht ausreichen (ich bezweifle zwar, dass er wirklich sowas mit Hohlraum Berücksichtigung und Co will^^)

Gruß

KasperIII

 

[Taubertaler]

Vielen Dank für eure Hilfe( besonders Kasper). Alleine hätte ich das nie geschafft. Wenn ich noch Fragen hab, dann schreib ich sie hier rein.
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