Sexl Physik 8, Schulbuch

1.2 Die Grundlagen der Relativitätstheorie Enttäuscht stellten M ichelson und M orley im Jahre 1887 fest, dass die Lichtge- schwindigkeit auf der Erde in allen Richtungen gleich groß ist und dass ihr Ver- such, die Bewegung der Erde im Äther zu messen, gescheitert war. Zahlreiche Hypothesen wurden damals entworfen, um dieses überraschende Ergebnis zu er- klären. Fast alle führenden Wissenschaftler jener Zeit beteiligten sich an der Dis- kussion. Im Jahre 1905 trat ein technischer Experte des Eidgenössischen Patentamtes Bern mit einer neuen Idee an die Öffentlichkeit. Sein Name war A lbert E instein . Sein Artikel „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“ ( 6.2 ) ging von der Idee aus, dass man die Erdbewegung durch den Äther vielleicht deswegen nicht messen könne, weil der Äther gar nicht existiert! Die Feststellung, dass etwas – nämlich der Äther – nicht existiert, scheint sich zunächst recht wenig zum Aufbau eines neuen physikalischen Lehrgebäudes zu eignen. Doch erlaubt diese Feststellung weitrei- chende Schlüsse. Vor Einstein hatte man angenommen, dass es ein ausgezeichne- tes Inertialsystem gibt, in dem der Äther ruht. Nur in diesem System sollten die physikalischen Gesetze besonders einfache Form annehmen. Die Bewegung der Erde im Äther hatte sich aber als unmessbar erwiesen, und ein ausgezeichnetes Inertialsystem war nicht festzustellen. Einstein postulierte daher, dass sich alle Inertialsysteme gleichermaßen zur Formulierung der Naturgesetze eignen. Dies ist der Inhalt des Relativitätsprinzips. Relativitätsprinzip Alle Inertialsysteme sind gleichberechtigt. Die Naturgesetze werden in allen Inertialsystemen durch dieselben Gleichungen beschrieben. Wie steht es mit der Lichtausbreitung? Kein Experiment hatte eine Abhängigkeit der Lichtausbreitung von der Bewegungsrichtung und der Geschwindigkeit der Erde gezeigt. Dies lässt folgende Deutung zu, die Einstein als gültig annahm: Prinzip von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum hat stets den Wert c = 299 792 458m/s, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle und des Beobachters. 9.1 Für das Funktionieren jedes Satelliten­ navigationssystems (z. B. GPS) ist die Synchronisation von Uhren eine Grund­ voraussetzung. (Siehe auch S. 13 und 30) 9.2 Das Prinzip von der Konstanz der Licht­ geschwindigkeit besagt, dass sich Licht in jedem Inertialsystem in allen Richtungen mit der Geschwindigkeit c ausbreitet. Definition der Frequenz Hertz Hz 1 Hz = 1/s Definition der Länge Meter m 1 Meter ist gleich der Länge der Strecke, die Licht im leeren Raum während der Dauer von 1/299 792 485 s durchläuft. Raumfahrtechnik und Astronomie Ohne genaue Zeitmessung gibt es keine moderne Weltraumfahrt und Astronomie (Satelliten, SpaceShuttle, Hubble- teleskop) Darstellung der elektrischen Spannung Volt V Erfolgt über den Josephson Effekt, wobei die Spannung aus unveränder- lichen Naturkonstanten und der Frequenz abgeleitet wird. Hochgenaue Uhrzeit Gesetzlich verbindliche österreichische Normalzeit. GPS System GPS bedeutet Global Positioning System. Es beruht darauf, dass mittels genauer Zeitmessung über Satelliten jede Position auf der Erdoberfläche bestimmt werden kann. Wichtig für GPS-Empfänger zur Positionsbestimmung für Schiffe, militärische Einrichtungen und auch Kraftfahrzeuge; Landvermessung. Genaue Zeitskalen Fernsehen, Bahn, öffentliche Verkehrsmittel, Banken brauchen eine einheitliche Uhrzeit. Funkuhren Automatische Einstellung der Uhr durch Zeitzeichenempfänger (DCF 77) Computernetze Für schnelle Netze wie Internet, Glasfaserkabel usw. ist eine genaue Zeitsynchronisation unverzichtbar. Mobilfunknetze Für das Funktionieren der Handys ist ein sehr genaues Timing wichtig. Geschwindigkeitsmessung Zeitmessung im Sport, Verkehrs- geschwindigkeitsmessung, zB Laserpistolen. Wofür benötigt man eine genaue Sekunde? 9 | Relativitätstheorie Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv