bei hohen Geschwindigkeiten Die rätselhafte Welt bei hohen Geschwindigkeiten Phantasie ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt. Phantasie.

Präsentation zum Thema: "bei hohen Geschwindigkeiten Die rätselhafte Welt bei hohen Geschwindigkeiten Phantasie ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt. Phantasie."—  Präsentation transkript:

1

2

3 bei hohen Geschwindigkeiten
Die rätselhafte Welt bei hohen Geschwindigkeiten Phantasie ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt. Phantasie umgibt die ganze Welt. www-linux.gsi.de/~wolle

4 Lichtgeschwindigkeit: 1 080 000 000km/h
Am Äquator rotiert die Erde mit 1700km/h (1100km/h) Zum Vergleich: Der Mars dreht sich mit km/h Die Venus dreht sich mit km/h Die Erde dreht sich um die Sonne mit km/h Die Sonne dreht sich um das Zentrum der Milchstrasse mit km/h Die Milchstrasse gehört zu einer Gruppe von Galaxien. Wir bewegen uns durch den Supercluster Richtung der Konstellation Centaurus mit km/h Der Raum zwischen den Galaxien dehnt sich mit (18-72) km/h aus. Lichtgeschwindigkeit: km/h

5 Reisen mit fast Lichtgeschwindigkeit
Entfernt man sich von der Erde mit 15% Lichtgeschwindigkeit, so erscheint die blaue Erde grün (Dopplereffekt)

6

7 Reisen mit fast Lichtgeschwindigkeit
Annäherung an Mars mit nahezu Lichtgeschwindigkeit, Abbremsung und Vorbeiflug am Mars. Der Doppler Effekt ändert die Farbe der Oberfläche.

8

9 Reisen mit fast Lichtgeschwindigkeit
Nähert man sich Jupiter mit 80% Lichtgeschwindigkeit, so ist seine Farbe ins Blau verschoben. (Dopplereffekt)

10

11 Reisen mit fast Lichtgeschwindigkeit
Bei 99% Lichtgeschwindigkeit sind die Saturnringe verzerrt, da das Licht von den verschiedenen Stellen unterschiedliche Zeit zu uns braucht.

12

13 Aberration: Winkelkompression der Lichtstrahlen zwischen dem ruhenden und bewegten Beobachter
Verzerrung: Änderung der Gestalt und Position eines Objekts, da unterschiedliche Teile zu unterschiedlichen Zeiten gesehen werden

14

15

16 Eine Kugel (a) ist bei 95% Lichtgeschwindigkeit zu einem Ellipsoid kontrahiert (b). Wenn man die bewegte Kugel ansieht, erscheint sie kreisrund, dafür gedreht (c). "Klassisch" (d.h. ohne Längenkontraktion) berechnet, sieht die bewegte Kugel eher wie ein Zeppelin aus (d).

17 Der Würfel bewegt sich mit 95% Lichtgeschwindigkeit.

18 Der Doppler Effekt Nähert sich das Polizeiauto werden die Schallwellen komprimiert und die Tonhöhe nimmt zu. Entfernt es sich werden die Schallwellen gestreckt und die Tonhöhe nimmt ab.

19 Rotverschiebung (Doppler Effekt)

20

21 Weit entfernte Objekte scheinen sich zu entfernen, während nahe Objekte
sich annähern. Die Lichtgeschwindigkeit ist 1 m/s.

22

23 Relativistische Aberration und Doppler Effekt werden berücksichtigt
Relativistische Aberration und Doppler Effekt werden berücksichtigt. Die Lichtgeschwindigkeit ist 1 m/s.

24

25 Relativistische Aberration, Doppler-Effekt und Scheinwerfer-Effekt werden
berücksichtigt. Die Lichtgeschwindigkeit ist 1 m/s.

26

27 Edwin Abbott Abbott (1838-1926)

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43 Zeitmessung

44 „Zeit ist das, was man an der Uhr abliest.“ Albert Einstein
Zeitmessung Was ist Zeit? „Zeit ist das, was man an der Uhr abliest.“ Albert Einstein

45 Zeiteinteilung durch wiederkehrende Ereignisse
Zeitmessung bessere Fragestellung: Wie misst man Zeit? Zeiteinteilung durch wiederkehrende Ereignisse

46 bewegte Lichtuhren ticken langsamer
Zeitmessung Zeitmessung mittels Lichtuhr bewegte Lichtuhren ticken langsamer

47 Zeitmessung mit bewegten Uhren
So lange sich zwei Personen nicht bewegen, bestätigen beide, dass ihre Uhren im gleichen Takt ticken. Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, denkt der ruhende Beobachter, dass die bewegte Uhr langsamer tickt als die eigene.

48 Time and moving clocks As long as two persons remain at rest relative to each other, both agree that each other´s clock tick-tocks at the same rate as their own. Since the speed of light is constant, the person at rest thinks it takes longer for the moving person´s clock to tick-tock than its own

49 Time and moving clocks

50 Geschwindigkeit v/c Zeitverzögerung 10% 0.995 20% 0.980 30% 0.900 40% 0.908 50% 0.893 60% 0.800 70% 0.714 80% 0.600 90% 0.436 99.9% 0.045

51

52 Darstellung im Raumzeit-Diagramm
Eine Uhr bei 0% Lichtgeschwindigkeit Die gleiche Uhr bei 90% Lichtgeschwindigkeit

53 Isaac Newton: „clockwork universe“ Albert Einstein: „space-time relation“ A sundial - Constant time ? Moving clocks run slow

54 Relativität

55 Relativität vor Einstein
Die Geschwindigkeit des Balls beträgt für Dave 40 ft/s Die Geschwindigkeit von Dave relative zu Nolan ist 50 ft/s So beträgt die Geschwindigkeit des Balls relative zu Nolan 90 ft/s Bei große Geschwindigkeiten 300,000,000 m/s für Dave, sind nicht gleich 300,000,000 m/s relative zu Nolan? Eine Sekunde für Dave sind nicht eine Sekunde für Nolan.

56 Relativity before Einstein
The velocity of the ball relative to Dave is 40 ft/s The velocity of Dave relative to Nolan is 50 ft/s So the velocity of the ball relative to Nolan is 90 ft/s The train revisited The 300,000,000 meters, relative to Dave, is not really 300,000,000 meters relative to Nolan. One second for Dave is not one second for Nolan.

57 Das universelle Geschwindigkeitslimit
Abstände schrumpfen in Richtung der Bewegung Massen werden größer mit der Geschwindigkeit Nichts bewegt sich schneller als Licht

58 The universal speed limit
Distances shrink in the direction of motion Mass (appears to) increase with speed Nothing can travel faster than light

59 Fahrt mit einer Stassenbahn bei nahezu Lichtgeschwindigkeit:
Der Scheinwerfereffekt erhellt die Szene voraus und verdunkelt die Szene nach hinten.

60 E = Energie (in Joule, J) m = Masse (kg) c = Lichtgeschwindigkeit (m/s) chemische Energie thermische Energie kinetische Energie

61 E = energy (measured in joules, J)
m = mass (measured in kilograms, kg) c = the speed of light (metres per second) chemical energy thermal energy kinetic energy

62 Materie ↔ Energie Positron-Elektron Vernichtung Paarerzeugung e— e+
e+e- Masse Lichtphotonen Paarerzeugung Lichtphoton

63 Diese Energie soll eine 100 Watt Glühlampe betreiben: Wie lange wird sie brennen?

64 If we use this energy to power a 100 Watt light bulb how long could we keep it lit for?

65 Sonnenmasse: [kg] 75% Wasserstoff (H), 25% Helium (He) H He [kg/s] Energieertrag: [Ws] 1,4 [kWs/m2] erreicht die Erde Massenunterschied: 0, [kg] Energiegewinn: 0, [J] Energiegewinn: 28,3 [MeV]

66 sun mass: [kg] 75% hydrogen (H), 25% helium (He) H  He [kg/s] energy output: [Ws] 1,4 [kWs/m2] reach the earth mass difference: 0, [kg] energy gain: 0, [J] energy gain: 28,3 [MeV]

67 Alpha Zerfall im Uran setzt eine Energie von 4.3 MeV frei.
Wir können die Masse berechnen, die in Energie umgewandelt wurde, entsprechend E=mc2 m=0.000,000,000,000,000,000,000,000,000,007,600 kg

68 Typically, a uranium alpha decay produces 4.3 MeV of energy
We can calculate the mass which has been turned into energy in accordance with E=mc2 m=0.000,000,000,000,000,000,000,000,000,007,600 kg

69 Eine sehr kleine Energiemenge?
Spaltung von 235U setzt eine Energie von ~200 MeV (0.000,000,000,032 J) frei. Eine sehr kleine Energiemenge? Es ist jedoch eine Energiemenge, die mehr als eine Million mal größer ist als bei der Verbrennung eines Petrolium-Moleküls in einem Automotor entsteht. Mit anderen Worten: Benutzt man einen Tank Benzin pro Woche, so würde die Spaltenergie eines Tanks 235U für Jahre ausreichen, bevor man nachtanken müßte!

70 A very tiny amount of energy?
Typically, in the case of 235U fission around 200 MeV of energy (0.000,000,000,032 J) is released. A very tiny amount of energy? However, it is about a million times more energy than is released by the burning of one molecule of petrol (gas) in a car´s engine. Put another way, if you currently use a tank of petrol each week but could use the energy provided by one tank of 235U fission instead, you wouldn´t need to refill your car for over 19,000 years!

71 Im Falle von 1000 kg 235U Spaltung entsteht eine Masse von 1 kg, die in Energie umgewandelt wird.
E= J = kWh kg Kohle sind notwendig, um die gleiche Energie zu produzieren.

72 In case of 1000 kg of 235U fission a mass of 1 kg is released into energy.
E= J = kWh kg coal is needed to produce the same energy.

73 Wenn wir in eine Strassenbahn eintauchen, so rotieren alle Teile unabhängig voneinander und es scheint, als ob sie von innen nach aussen verdreht werden.

74 If we plunge through the tram, all of ist parts Terrel rotate independently making it appear to turn inside out.

75