Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

28 Spezielle Relativitätstheorie 20 A1 Gib an, was sich an den Fundamenten der Physik durch die spezielle Relativitätstheorie geändert hat! A2 Ist die spezielle Relativitätstheorie eine Zusatzhy- pothese, die notwendig ist, um gewisse Phänomene bei großen Geschwindigkeiten zu erklären oder ist sie eine Rahmentheorie für die gesamte Physik? Gib eine Begründung deiner Ansicht! A3 Überlege, welche Bereiche von Physik und Tech- nik auf der speziellen Relativitätstheorie aufbauen! A4 Überlege, woher die von der Menschheit einge- setzte Energie letztlich stammt. A5 In Kernwaffen wird der Massendefekt zur Frei- setzung von Energie eingesetzt. Eine Sprengwirkung von einer Mt herkömmlichen Sprengstoffes (TNT CH 3 C 6 H 2 (NO 2 ) 3 ) ist ein typischer Wert für Kernwaffen. Schätze die Größenordnung der Energie, die dabei freigesetzt wird und den Betrag der äquivalenten Masse. (Hinweis: Chemische Prozesse liegen im Be- reich von ≈ 1 eV bis ≈ 10 eV pro Molekül, Kernreakti- onen liegen im MeV-Bereich.) A6 Zu dem Zeitpunkt, als Albert Einstein seine speziel- le Relativitätstheorie veröffentlichte, lag jede praktische Anwendung dieser Theorie in weiter Ferne. Derartige Forschungen, die nicht im Hinblick auf eine unmittel- bare Anwendung durchgeführt werden, nennt man Grundlagenforschung. Suche Gründe, die für oder ge- gen Grundlagenforschung sprechen! Diskutiere in der Klasse, ob Menschen, die Grundlagenforschung betrei- ben, Verantwortung für die Folgen ihrer Arbeit tragen. A7 Die Entwicklung der Kernwaffen und der Kernre- aktoren baute auf den Ergebnissen von Grundlagen- forschung auf, bedurfte aber selbst einer intensiven angewandten Forschung. Diskutiere die Unterschie- de in der Verantwortung für Grundlagenforschung und angewandte Forschung! A8 Informiere dich über die Beträge, die in Österreich vom Staat und von der Wirtschaft für Grundlagenfor- schung und angewandte Forschung aufgewendet werden! A9 Entwirf ein Bild vom Zustand einer Welt, in der die Relativitätstheorie nicht bekannt ist, und daher ihre Ergebnisse nicht nutzbar sind! Welche Probleme gäbe es nicht? Worauf müssten wir verzichten? A10 Überlege, ob die relativistischen Effekte schwä- cher oder stärker wären, wenn die Vakuumlichtge- schwindigkeit einen kleineren Wert hätte! Begründe deine Meinung! A11 Überlege, ob sich der Schatten eines Objekts mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen kann und be- gründe deine Meinung! A12 Ein Satellit umkreist alle 2 Stunden beide Pole der Erde. Schätze die Größenordnung der Zeitdilatati- on des Satelliten gegenüber einer als ruhend gedach- ten Bodenstation während eines Jahres! A13 Im Licht des Quasars 3 C 273 lassen sich imWas- serstoffspektrum rotverschobene Linien der Balmer- Serie feststellen (siehe Abb. 28.1). Zeige, dass die Rotverschiebung bei den abgebildeten Linien gleich groß ist und gib die Geschwindigkeit an, mit der sich der Abstand zwischen Erde und Quasar vergrößert! Bemerkung: In den vorigen Abschnitten wurde be- schrieben, dass es physikalische Größen gibt, deren Zahlenwert von der Relativgeschwindigkeit zwischen Beobachter und beobachtetem System abhängt (zB Länge, Zeit, Masse). Derartige physikalische Größen nennt man relative Größen. Davon unterscheidet man absolute Größen, die nicht vom Standpunkt des Beobachters abhängen (zB Vakuumlichtgeschwindig- keit, Ruhemasse). Damit im Zusammenhang steht die Unterscheidung zwischen relativen und absoluten Aussagen. „Zwei Ereignisse finden gleichzeitig statt“, ist eine relative Aussage. „Ein Körper dreht sich um seine Achse“, ist hingegen eine absolute Aussage. A14 Suche Beispiele für relative und absolute Aussa- gen! A15 Häufig hört man den Satz: „Alles ist relativ.“ Nimm Stellung zu diesem Satz! A16 Absolute Größen werden als Lorentz-invariant bezeichnet, weil sie ihren Wert bei Lorentz-Transfor- mationen nicht ändern. Zeige, dass der Ausdruck E 2 – p 2 . c 0 2 Lorentz-invariant ist! A17 Ein Inertialsystem I ´ bewegt sich entlang der x - Achse des Inertialsystems I mit der Geschwindigkeit v . Zeige, dass der Ausdruck x 2 – c 0 2 . t 2 Lorentz-invariant ist! Abb. 28.1 BW8/S94 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv