Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

10.1 Zur Messung der Mondentfernung wird ein Laserblitz auf einen von den Apollo-Astron- auten aufgestellten Reflektor gerichtet. ? Wie genau kann man auf diese Weise die Entfernung des Mondes bestimmen? 10.2 Schmelzende Zeitmesser in dem Gemälde „Das Beharren der Erinnerung“ von Salvador Dali (1931). In Philosophie und Kunst ist Zeit ein wichtiges Thema. 10.3 A LBERT E INSTEIN (1879–1955) Einstein hat 1905 gezeigt, dass es keine absolu- te Zeit gibt. Uhren, die sich relativ zu uns be- wegen, scheinen im Vergleich zu unseren Uh- ren langsamer zu gehen. 1 Die Grundgrößen Zeit und Länge In diesem Kapitel erfährst du, − wie man in der Physik Zeiten und Längen misst, − in welchen zeitlichen und räumlichen Größenordnungen die Physik arbeitet. Angenommen, wir wissen, wo ein Körper zu einem bestimmten Zeitpunkt ist und welche Geschwindigkeit er hat. Wenn die Kräfte auf den Körper bekannt sind, können wir die weitere Bewegung des Körpers vorhersagen. Das gilt für Flugzeuge und Züge, aber auch für Raumsonden. Zum Beispiel konnte man berechnen, wann die Raumsonde Voyager I beim Planeten Jupiter vorbeikommen und wann sie un- ser Planetensystem verlassen wird. Derartige Berechnungen gehören zu den wich- tigen Aufgaben der Physik und der Technik. Voraussetzung für solche Berechnun- gen sind genaue Orts-, Geschwindigkeits- und Zeitangaben der Objekte. Die Ansprüche an die Genauigkeit haben sich im Lauf der Zeit verschärft. Vor 400 Jah- ren maß Galilei die Zeit mit seinem Pulsschlag. Heute messen Physiker Zeitdauern auf milliardstel Sekunden und weniger, und in der Quantenphysik werden Längen auf milliardstel Millimeter genau bestimmt. 1.1 Die Messung der Zeit Was ist Zeit? Die Frage wird von der Philosophie, der Psychologie, der Biologie und der Physik jeweils anders beantwortet. Augustinus (354–430 n. Chr.) bemerkt dazu: „Was ist Zeit? Wenn niemand mich danach fragt, weiß ich es; will ich es einem Fragenden erklären, weiß ich es nicht.“ In der Physik dachte man lange, dass es eine absolute Zeit gäbe, die unabhängig von uns Menschen und unabhängig vom Kosmos gleichmäßig verstreiche. Wir wissen heute, dass dieser Zeitbegriff nur dann gilt, wenn wir in den Dimensionen des Alltags denken. Große Massen, wie wir sie etwa bei Sternen finden, aber auch hohe Geschwindigkeiten verändern den Gang der Uhren. Für die physikalische Größe Zeit benützt man die Abkürzung t. Um eine beliebige Zeitdauer messen zu können, benötigen wir eine Vergleichsgröße, die Maßeinheit (vgl. Kasten „Was heißt messen?“, S. 14). Ein natürliches Zeitmaß ist der Wechsel von Tag und Nacht. Schon in der römischen Antike teilte man die Zeit zwischen zwei Sonnenhöchstständen — also den vollen Tag — in 24 Stunden auf. Die Stunde wiederum unterteilt man in 60 Minuten, 1 Minute in 60 Sekunden. Ursprüngliche Definition: 1 Sekunde ist der 86 400 ste Teil eines mittleren Sonnentages. Diese Definition berücksichtigt, dass sich wegen der ungleichmäßigen Bewegung der Erde auf ihrer Bahn um die Sonne die Länge eines Tages im Laufe eines Jahres ändert. Aber auch die Drehung der Erde ist nicht konstant. So bewirkte z. B. das Erdbeben in Japan 2011 eine minimale Änderung der Massenverteilung auf der Erde. Die Erde dreht sich seither ein wenig schneller und der Tag ist nun um 1,2 μs kürzer. 10 GRÖSSENORDNUNGEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv