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Aufgabe

Schwebemagnete auf der Waage

Schwierigkeitsgrad: schwere Aufgabe

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Skizze zur Aufgabe

Zwei Magnete (Masse je 100g) liegen so auf einer Waage, dass der eine Magnet über dem anderen schwebt. die Masse des Haltegestells betrage weitere 100g.

a)

Welche Masse muss auf der rechten Seite aufgelegt werden, damit Gleichgewicht herrscht?

b)

Erkläre das Ergebnis von a) mit Hilfe der auftretenden Kräfte (Skizze mit Kraftpfeilen und eindeutiger Erläuterung!)

c)

Was geschieht, wenn man den oberen Magnet

  • anhebt
  • nach unten drückt?

Begründe deine Antwort.

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a)

Man muss auf der rechten Seite 300 g auflegen, damit Gleichgewicht herrscht.

b)

Auf die linke Waagschale drückt zum einen die Gewichtskraft \( \vec{F}_{gu} \) des unteren Magneten.

Der obere Magnet schwebt, also herrscht bei ihm Kräftegleichgewicht. Die Gewichtskraft \( \vec{F}_{go} \) des oberen Magneten hält der Abstoßungskraft \( \vec{F}_m \) (actio), die der untere Magnet auf den oberen ausübt, gerade das Gleichgewicht.

Die reactio zu \( \vec{F}_m \) greift am unteren Magneten an \( \vec{F}_{reakt}  \) . Insgesamt drückt als die Kraft \( \vec{F}_{reakt} + \vec{F}_{gu} \) auf die linke Waagschale.

c)

Wird der obere Magnet angehoben, so wird das Kräftegleichgewicht gestöhrt. Die Gewichtskraft \( \vec{F}_{go} \) des oberen Magneten wir nun, durch das Anheben, nicht mehr von dem unteren Magneten gehalten. Die Abstoßungskraft \( \vec{F}_m \) (actio) nimmt also ab, damit auch die reactio \(  \vec{F}_{reakt} \) am unteren Magneten. Da auf die linke Waagschale \( \vec{F}_{reakt} + \vec{F}_{gu} \) wirkt, wird diese aus dem Gleichgewicht aufsteigen.

Wird der obere Magnet herunter gedrückt, so erhöht sich die Gewichtskraft \( \vec{F}_{go} \). Das hat zur Folge, dass die Die Abstoßungskraft \( \vec{F}_m \) (actio) wächst und damit auch die reactio \( \vec{F}_{reakt} \) am unteren Magneten. Auf die linke Waagschale wirkt \( \vec{F}_{reakt} + \vec{F}_{gu} \) als abwärtswirkende Kraft. Diese nimmt zu, somit sinkt die Waagschale ab.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Kraft und Bewegungsänderung