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Basisinformationen zum Geschwindigkeitseffekt

Autor: Cornelsen Verlag, 2010    6 Autorenpunkte Fach:

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Basisinformationen zum Geschwindigkeitseffekt Neben einem Gedankenexperiment und einem realen Experiment finden Sie hier ausführliche Informationen zu dem Phänomen Bewegte Uhren laufen langsamer . 83469 Relativistische Effekte Basisinformation Geschwindigkeitseffekt Schnell bewegte Uhren gehen langsamer Albert Einstein führte seine 1905 veröffentlichten berlegungen unter folgenden zwei Voraussetzungen durch 1. 2. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist in allen Systemen auch in gleichförmig gegeneinander bewegten gleich groß. In allen gleichförmig gegeneinander bewegten Systemen gelten die gleichen Naturgesetze Inertialsysteme . Gedankenexperiment Unter Beachtung der ersten Voraussetzung vollziehen wir folgendes Experiment . Wir verwenden eine Uhr die auf ihre prinzipielle Eigenschaft reduziert ist nämlich darauf dass sich etwas periodisch wiederholt. Unsere Lichtuhr sei ein Lichtstrahl der in einem gläsernen Labor von zwei Spiegel reflektiert wird Folie 1 . Das Hin und Herlaufen des Signals entspricht dem Ticken der Uhr. Der Beobachter im Labor misst die Zeit tL für einen Hin oder Herlauf. Ein zweiter Beobachter außerhalb des Labors kommt zum selben Ergebnis. Das Labor wird auf einem Wagen gestellt der sich vom äußeren Beobachter mit konstanter Geschwindigkeit entfernt. Stellen wir uns nun das Verhalten des Lichtstrahls aus Sicht äußeren Beobachters in Zeitlupe vor Der Lichtstrahl startet von Spiegel 1. Während sich der Strahl auf Spiegel 2 zu bewegt ist dieser Spiegel aufgrund der Geschwindigkeit des Labors ein Stück weitergerückt. Genauso muss der Lichtstrahl wieder einen etwas weiteren Weg zurücklegen wenn er von Spiegel 2 nach Spiegel 1 zurückläuft da sich ja auch dieser Spiegel weiterbewegt hat. Der Weg für einen Hin oder Herlauf des Lichtes ist also für den außen stehenden Beobachter länger geworden. Da aber die Lichtgeschwindigkeit in beiden Systemen gleich groß ist benötigt vom unbewegten Beobachter aus das Licht für diesen längeren Weg auch eine längere Zeit als tL. Die bewegte Uhr geht für ihn langsamer. Man beachte dass dieser Effekt symmetrisch ist Auch ein sich mit dem Labor bewegender Beobachter stellt die Zeitdehnung bei einer ruhenden Uhr des äußeren Beobachters fest. Diese Zeitdilatation wurde in vielen Experimenten nachgewiesen. Um merkbare Zeitunterschiede beobachten zu können muss die relative Geschwindigkeit der Beobachter zueinander sehr groß und oder die Genauigkeit der Zeitmessung sehr präzise sein. www.cornelsen teachweb.de Autor Christian Hörter Cornelsen Verlag GmbH Co. OHG Berlin 2005 Relativistische Effekte Basisinformation Geschwindigkeitseffekt Realexperiment Die Genauigkeit von Uhren ist heute erstaunlich hoch. Seit etwa 1960 gibt es Caesiumuhren z. B. Hewlett Packard HP 5071A high performance die in 150 000 Jahren um eine Sekunde falsch laufen. Solche Uhren messen auf Milliardstelsekunden Nanosekunden genau. Sie werden z. B. in der Physikalisch technischen Bundesanstalt PTB in Braunschweig zur Festlegung der Zeit benutzt sind aber auch das Herzstück der Satelliten die für das Positionierungssystem GPS arbeiten. Im Jahr 1999 machten Autoren der Fernsehsendung Quarks Co. WDR folgendes Experiment Mit einer Caesiumuhr aus Braunschweig flogen sie in einem Airbus von Frankfurt über den Atlantik nach Boston und zurück. Die durchschnittliche Geschwindigkeit des 12 stündigen Fluges war mit etwa 830 km h verglichen mit der Lichtgeschwindigkeit von 300 000 km s gering. Dennoch zeigte sich beim anschließenden Uhrenvergleich in Braunschweig eine Zeitdifferenz von 28 Nanosekunden 28 .10 9 s Die bewegte Uhr war um dieses Zeitspanne langsamer gelaufen. Das Zwillingsproblem Im Flug über den Atlantik und zurück ging die Uhr 28 Nanosekunden langsamer. Diese Zeitdifferenz erlebten aber nicht nur die Uhr sondern auch die beteiligten FernsehAutoren und das Flugpersonal. Sie waren also bei Rückkehr in Frankfurt 28 Nanosekunden weniger gealtert als die Einwohner Frankfurts. Fernflüge stellen also eine Verjüngungskur dar Dieses Phänomen wurde schon bald nach Bekanntwerden der Relativitätstheorie heiß diskutiert zumal man bis vor wenigen Jahrzehnte diese Zeitdilatation nur durch Laborversuche bestätigen konnte. Man stelle sich also ein Zwillingspaar vor von denen einer eine lange intergalaktische Reise mit annähernd Lichtgeschwindigkeit macht während der andere zu Hause bleibt. Ja es ist so Der zurückkommende Reisende wird seinen Zwillingsbruder begrüßen und feststellen dass dieser stärker gealtert ist als er selbst. Anwendungen Der hier angesprochene Geschwindigkeitseffekt der Zeitdilatation spielt heute auch schon bei bestimmten Techniken z. B. in der Raumfahrt GPS eine Rolle s. Teil 2 . www.cornelsen teachweb.de Autor Christian Hörter Cornelsen Verlag GmbH Co. OHG Berlin 2005 Klasse 9 Klasse 10 Klasse 11 Klasse 12 Klasse 13 Physik Sekundarstufe Cornelsen Verlag Physik und Weltall Sekundarstufe Klasse 9 Klasse 10 Klasse 11 Klasse 12 Klasse 13 Physik Arbeitsmaterialien

Information zum Unterrichtsmaterial

Nutzung
Statistiken
Fach Physik
Schulform Sekundarstufe
Klassenstufe Klasse 9, Klasse 10, Klasse 11, Klasse 12, Klasse 13
Methodik keiner Methodik zugeordnet
Materialtyp Arbeitsmaterialien
Binnendifferenziert Nein
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Veröffentlicht 14.03.2010
Beschreibung des Unterrichtsmaterials
Neben einem Gedankenexperiment und einem realen Experiment finden Sie hier ausführliche Informationen zu dem Phänomen "Bewegte Uhren laufen langsamer".

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