Spezielle RelativitĂ€tstheorie â Grundlagen
Wie lauten die beiden Postulate der speziellen RelativitÀtstheorie?
ErklÀrung: Einsteins Postulate: RelativitÀtsprinzip (gleiche Gesetze in allen Inertialsystemen) und Konstanz der Lichtgeschwindigkeit (c ist unabhÀngig von der Bewegung der Quelle oder des Beobachters).
Zeitdilatation bedeutet, dass eine bewegte Uhr langsamer geht als eine ruhende.
ErklĂ€rung: Richtig. FĂŒr einen ruhenden Beobachter vergeht die Zeit auf einer bewegten Uhr langsamer: Ît = Îtâ / â(1 â vÂČ/cÂČ), wobei Îtâ die Eigenzeit ist.
Der Lorentz-Faktor Îł = 1/â(1 â vÂČ/cÂČ). FĂŒr v = 0 ergibt sich Îł = ___.
ErklĂ€rung: FĂŒr v = 0: Îł = 1/â(1 â 0) = 1/1 = 1. Bei Ruhe gibt es keine relativistischen Effekte.
Berechne den Lorentz-Faktor Îł fĂŒr v = 0,6c. Runde auf 2 Dezimalstellen.
ErklĂ€rung: Îł = 1/â(1 â 0,36) = 1/â0,64 = 1/0,8 = 1,25.
Was besagt die LĂ€ngenkontraktion?
ErklĂ€rung: L = Lâ/Îł = Lâ·â(1 â vÂČ/cÂČ). Die EigenlĂ€nge Lâ wird in Bewegungsrichtung fĂŒr den ruhenden Beobachter verkĂŒrzt wahrgenommen.
Ein Raumschiff mit EigenlÀnge 100 m bewegt sich mit v = 0,8c. Welche LÀnge misst ein ruhender Beobachter?
ErklĂ€rung: Îł = 1/â(1â0,64) = 1/â0,36 = 1/0,6 â 1,667. L = Lâ/Îł = 100·0,6 = 60 m.
Die RelativitĂ€t der Gleichzeitigkeit besagt, dass zwei Ereignisse, die in einem Bezugssystem gleichzeitig sind, in einem anderen nicht gleichzeitig sein mĂŒssen.
ErklĂ€rung: Richtig. In der SRT ist Gleichzeitigkeit relativ â sie hĂ€ngt vom Bezugssystem ab. Ereignisse an verschiedenen Orten können fĂŒr verschiedene Beobachter zu verschiedenen Zeiten stattfinden.
Was ist ein Inertialsystem?
ErklÀrung: Inertialsysteme sind krÀftefreie Bezugssysteme ohne Beschleunigung. In ihnen gilt das TrÀgheitsgesetz. Die SRT gilt nur in Inertialsystemen.
Eine Uhr an Bord eines Raumschiffs zeigt nach einer Reise 8 Jahre Eigenzeit. Auf der Erde sind 10 Jahre vergangen. Berechne v/c auf 1 Dezimalstelle.
ErklĂ€rung: Ît = γ·Îtâ â 10 = γ·8 â Îł = 1,25. Îł = 1/â(1âvÂČ/cÂČ) â 1âvÂČ/cÂČ = 1/ÎłÂČ = 0,64 â vÂČ/cÂČ = 0,36 â v/c = 0,6.
Die klassische Mechanik ist ein Grenzfall der RelativitĂ€tstheorie fĂŒr v << ___.
ErklĂ€rung: FĂŒr Geschwindigkeiten, die viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit c sind, stimmen die Vorhersagen der klassischen Mechanik und der SRT ĂŒberein (Îł â 1).
Kein Objekt mit Masse kann die Lichtgeschwindigkeit erreichen.
ErklĂ€rung: Richtig. FĂŒr v â c geht Îł â â. Die nötige Energie, um ein Objekt mit Masse auf c zu beschleunigen, wĂ€re unendlich.
Myonen entstehen in der oberen AtmosphÀre und erreichen trotz kurzer Lebensdauer die ErdoberflÀche. Welches PhÀnomen erklÀrt das?
ErklÀrung: Myonen bewegen sich mit fast Lichtgeschwindigkeit. Durch die Zeitdilatation dauert ihre Lebensdauer (im Erdsystem gemessen) lÀnger als die Eigenzeit, sodass sie die ErdoberflÀche erreichen.
FĂŒr v = 0,99c: Berechne Îł (auf ganze Zahl gerundet).
ErklĂ€rung: Îł = 1/â(1â0,9801) = 1/â0,0199 = 1/0,141 â 7,09 â 7.
Die sogenannte Deutsche Physik unter den Nationalsozialisten lehnte Einsteins RelativitÀtstheorie ab. Was zeigt dieses Beispiel?
ErklĂ€rung: Das Beispiel der Deutschen Physik zeigt, dass politische Ideologie die Wahrnehmung und Akzeptanz wissenschaftlicher Erkenntnisse beeinflussen kann â unabhĂ€ngig von deren Richtigkeit.
Die Lichtgeschwindigkeit c ist in jedem Inertialsystem gleich groĂ â unabhĂ€ngig davon, ob sich die Lichtquelle bewegt oder nicht.
ErklÀrung: Richtig. Das ist das zweite Einstein'sche Postulat und wurde durch Experimente (z. B. Michelson-Morley) bestÀtigt.