Modell fallender Wassermoleküle
19 Verständnisfragen zu einem einfachen Physik-Versuch, mit Antworten
Die folgenden Fragen helfen dabei, zu entscheiden, ob eher das O-Modell oder eher das V-Modell den Effekt des abgelenkten Wassestrahls erklären kann.
O-Modell
a) Kräftgleichgewicht?
Stelle dir ein O-Molekül in Nähe des elektrischen Stabes vor. Nimm an, der Stab sei elektrisch positiv geladen. Der Stab stößt also die positiven Ladungen in dem Wassermolekül aber und zieht die negativen Ladungen an. Die Wirkungen ist umso stärker, je näher der Stab an der Ladung des Wassermoleküls ist. Gibt es eine Stelle an oder in dem O-Molekül, an welchem die anziehende oder die abstoßende Kraft überwiegt - Ja oder nein?
b) Dreheffekt?
Könnte man das Molekül bei gleichem Abstand irgendwie drehen, sodass sich die Antwort zu Frage a ändert - Ja oder nein?. Falls ja, beschreibe wie.
c) Ladungswirkung?
Würde sich die Antwort zu Frage a ändern, wenn die Ladung des Stabes nicht positiv sondern negative wäre - Ja oder nein?
d) Abstand?
Würde sich die Antwort zu Frage a ändern, wenn man bei sonst gleichen Bedingungen den Abstand von Wassermolekül zum Stab ändert?
e) Fazit
Kannst du dir mit dem O-Modell eine oder mehrere Situationen vorstellen, in denen das Molekül von dem Stab angezogen wird - ja oder nein. Falls ja, beschreibe genau die Voraussetzungen für diesen Fall.
V-Modell
Stelle dir nun das V-Teilchen vor. Die negative Ladung sitzt an der Spite, die positive Ladung an den beiden Enden. Der Stab sei wieder positiv geladen. Stelle dir die Situation so vor:
| V
Links ist der positive Stab, rechts davon fällt das Wassermolekül vorbei. Wahr oder falsch?
f) Die zwei Enden oben werden zum Stab hin angezogen.
g) Die zwei Enden oben werden vom Stab weg abgestoßen.
h) Die Spitze unten wird Stab hin angezogen.
i) Die Spitze unten wird vom Stab weg abgestoßen.
j) Das V-Teilchen beginnt sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen.
k) Das V-Teilchen beginnt sich mit dem Uhrzeigersinn zu drehen.
l) Das V-Teilchen dreht sich gar nicht.
m) Das V-Teilchen dreht sich solange, bis die Spitze zum Stab zeigt.
n) Das V-Teilchen dreht sich solange, bis die Spitze vom Stab weg zeigt.
o) Das V-Teilchen dreht sich immer in einer gleichen Richtung weiter.
Erinnere dich jetzt, dass die Kräfte umso stärker wirken, je näher die beteiligten Ladungen zueinander sind.
p) Anziehung?
Gibt es für das V-Teilchen Situationen, bei denen es vom Stab angezogen würde - ja oder nein.
q) Randbedingungen?
Falls du bei p mit ja geantwortet hast, welche Situationen von j bis o?
r) Ladungsabhängigkeit?
Würden sich die Antworten zu p und q ändern, wenn der Stab negativ geladen wäre?
Schlussfolgerung
s) Erkläre in wenigen Worten, welches der zwei Modelle die Ablenkung des fallenden Wassers erklären kann und welches nicht. Gib kurze Begründungen.
Lösungen
a) Nein
b) Nein
c) Nein
d) Nein
e) Nein
f) Falsch
g) Wahr
i) Wahr
j) Falsch
k) Wahr
l) Falsch
m) Wahr
n) Falsch
o) Falsch
p) Ja
q) k und m (andere Antworten kann man diskutieren)
r) Nein
s) Schlussfolgerung
Das O-Modell kann die Ablenkung des Wasserstrahl gar nicht erklären. Die abstoßenden wie auch die anziehenden zwischen dem Stab und den Ladungen des Moleküls sind in allen denkbaren Fällen immer gleich groß, keine der Kräfte gewinnt letztendlich.
Das V-Modell kann den Effekt erklären. Zeigt die Spitze etwas näher zum Stab, ist die anziehende Kraft zwischen Stab und Spitze stärker als die abstoßende Kraft zwischen Stab und den zwei Enden. Das ganze Molekül wird also angezogen. Sind die beiden positiven Enden zunächst näher am positiven Stab, dreht sich das Molekül zunächst solange, bis die Spitze zum Stab zeigt. Dann wirkt die anziehende Kraft zwischen Spitze und Stab stärker als die abstoßende Kraft zwischen Stab und zwei Enden. Auch jetzt wird das Molekül wieder angezogen.