close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

a)Was sind die grundlegenden Prinzipien der speziellen

EinbettenHerunterladen
8a Schuljahr 2010/11
1. a) Was sind die grundlegenden Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie?
b) Erläutere die Bedeutung der Begriffe Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
2.
Eine Rakete ( System S´) bewegt sich gegen einen Beobachter ( System S) mit v = 3/5 c .
Zeichne dazu das Minkowski- Diagramm ( Zeicheneinheit 10 cm).
Erläutere anhand dieses Diagramms den Begriff der Zeitdilatation ( „Gleichzeitigkeit von Ereignissen“).
Wie schnell müsste die Rakete unterwegs sein, damit sie dem Beobachter auf die Hälfte verkürzt
erscheint?
Von der Rakete wird eine Sonde mit vS = 0,5 c in Flugrichtung abgeschossen. Welche Geschwindigkeit hat
die Sonde vom Beobachter aus gesehen?
3.
Ein Zug ( System S´) bewegt sich gegen einen Beobachter ( System S) mit v = 0,4 c .
Zeichne dazu das Minkowski- Diagramm ( Zeicheneinheit 5 cm).
Erläutere anhand dieses Diagramms den Begriff der Zeitdilatation ( „Gleichzeitigkeit von Ereignissen“).
Zu welchem Zeitpunkt, an welchem Ort würde für einen Reisenden im Zug das Ereignis stattfinden, das für
den ruhenden Beobachter im Diagramm bei (0,5 Ls | 0,3 s) stattfindet?
( rechnerisch und grafisch)
4. Erkläre den Versuch von Michelson und Morley (Messung der Lichtgeschwindigkeit im Äther) anhand einer
Skizze der Versuchsanordnung
5.
a) Leite die Zeitdilatation her.
b) Welche „Verjüngung“ würde ein Astronaut (ohne Beschleunigungsvorgänge) erfahren, wenn er sich mit
100 000km/s (und nicht mit ca.10 km/s !!) zum Mond und wieder zurück begeben würde ? Entfernung
8
Mond-Erde ≈ 3,74.10 m
6. Zeichne ein Diagramm, das die Abhängigkeit des „relativistischen Faktors k“ von der Geschwindigkeit
angibt! (unbedingt Werte von 30%c, 40%c, 50%c, 60%c, 70%c, 80%c, 90%c und 95%c angegeben!) und
erkläre anhand dieses Diagramms, ab wann relativistische Effekte spürbar werden.
7.
Was besagt die Relativitätstheorie für die Addition von Geschwindigkeiten?
Berechne die Gesamtgeschwindigkeit eines Körpers, der von einem sich mit 0,5 c bewegenden Körper mit
0,5 c abgeschossen wird.
Zeige, dass für kleine Geschwindigkeiten die klassische Geschwindigkeitsaddition verwendet werden kann,
indem du die Fehler für zwei Geschwindigkeiten der Alltagserfahrung berechnest.
Zwei Elektronen fliegen je mit einer Geschwindigkeit von 0,8 c diametral auseinander. Mit welcher
Geschwindigkeit „sieht“ das eine Elektron das andere weg fliegen?
8.
a) Stell Dir folgende Situation vor: 2 Beobachter A und B sind 0,4 Ls voneinander entfernt und bewegen
sich mit c/2 voneinander weg. A sendet zum Zeitpunkt Null ein Lichtsignal Richtung B. B sendet das
Lichtsignal beim Eintreffen (=sofort) zurück.
Zeichne ein entsprechendes Weltdiagramm und lies daraus ab, um wie viel verspätet das Signal bei A
8a Schuljahr 2010/11
eintrifft. (Nimm als Einheiten: 1Ls ≅ 5 cm, 1s ≅ 5 cm)
b) Argumentiere kurz, warum man keinen Körper auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann!
9.
Erkläre die Wirkung eines Gravitationsfelds auf die „Zeit“.
Von zwei Brüdern lebt einer auf Meeresniveau der zweite in 1000 m Seehöhe. Für wen vergeht die Zeit
schneller?
Wie viele s beträgt der Zeitunterschied, wenn für den weiter unten lebenden Bruder ein Jahr vergeht?

l = l0 ⋅ 1 − 

10. Umschreibe den Inhalt der Gleichung
v

c
2
in ganzen Sätzen.
Wie lang erscheinen die Schienenstücke dem Lokführer im 300 km/h schnellen Zug, wenn der Gleisbauer
sie genau 500 m lang gemacht hat?
Wie schnell müsste der Zug fahren, damit die relativistische Längenkontraktion so groß ist, dass sie im 1mBereich liegt?
11. Annahme : eine Rakete fliege mit 0,8c. Zeichne in ein Mikowski-Diagramm das bewegte System der
Rakete und das ruhende System des Beobachters.
Von der Rakete aus werden zwei Ereignisse unter den Koordinaten x1’= 0, t1’=3s und
x2’=105 m, t2’ = 3s gesehen. Wo und wann registriert der ruhende Beobachter diese Ereignisse?
Was bedeutet das Ergebnis für den Begriff: Gleichzeitigkeit?
12. Myonen sind Teilchen mit einer Ruhemasse von 207 Elektronenmassen; die mittlere Lebensdauer im Labor
-6
(fast ruhende Teilchen) ist 2,2 . 10 s.Sie werden durch kosmische Strahlung in der Erdatmosphäre ( in
20km Höhe) gebildet und schlagen dann großteils bis zur Erdoberfläche durch, wo sie 90% der kosmischen
Strahlung ausmachen.
A) Welchen mittleren Weg können Myonen mit v < c ohne relativistische Zeitdehnung höchstens
zurücklegen? (660 km)
B) Welche mittlere Lebensdauer müssen Myonen für den Beobachter auf der Erde mindestens haben?
-6
(67 . 10 s)
C) Welche Geschwindigkeit und welche Masse haben sie im Mittel daher mindestens?
3
(v/c >0,99946; m>6,2 . 10 me)
13. Ein feindliches Raumschiff (S’) nähert sich einer Beobachtungsstation (S). Es fliegt relativ zur Station mit
einer Geschwindigkeit v= 0.6c. Im Augenblick des Vorbeiflugs wird es von der Station mit 2 synchron
ausgelösten Laserstrahlen beschossen, die praktisch im gleichen Augenblick auf das Raumschiff treffen.
Die Laser haben einen Abstand von 20m.
a) Welchen Abstand der Einschusslöcher misst die Schiffsbesatzung?
b) Der Abstand der Einschusslöcher ist von der Beobachtungsstation gemessen größer als 20m. Da aber
wegen der Längenkontraktion der Abstand der Laser – vom Raumschiff aus - verkürzt ist, müsste der
Abstand der Löcher kleiner als 20 m sein. Erkläre!
8a Schuljahr 2010/11
Document
Kategorie
Gesundheitswesen
Seitenansichten
6
Dateigröße
65 KB
Tags
1/--Seiten
melden