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Spezielle Relativitätstheorie

GFS im Fach Physik Kursstufe 2
by

Lukas Kirchhoff

on 4 June 2013

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Transcript of Spezielle Relativitätstheorie

Spezielle Relativitätstheorie Eine Einführung 1. Postulate 4. Lorentztransformation 6. Relativistische Energie 5. Impuls und Masse 2. Zeitdilatation 3. Längenkontraktion Relativitätsprinzip Alle Inertialsysteme sind physikalisch vollkommen gleichwertig.

In allen gelten die gleichen Naturgesetze, keines ist bevorzugt. Invarianz der Lichtgeschwindigkeit Die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit hat in jedem Inertialsystem den gleichen Wert,

unabhängig von der Geschwindigkeit des Senders und Empfängers Michelson-Morley-Experiment Statisch Dynamisch O W v = 0 km/h v = 10 km/h v = 10 km/h v = 5 km/h v = 5 km/h v = 0 km/h Relativgeschwindigkeit zwischen Zugpaaren gleich groß! Gleiskörper als absolutes Bezugssystem notwendig um Vorgänge unterscheiden zu können kein absolutes Bezugssytem (z. B. Weltall) nur noch Relativgeschwindigkeiten unendlich viele Bezugssysteme, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen (Inertialsysteme) Schallquelle ruht Schallquelle bewegt sich relativ zur Luft v Schallgeschwindigkeit hängt von Bewegung relativ zum Ausbreitungsmedium ab Wie ist es bei Licht? 19. Jahrhundert:
Äthertheorie Interferenzbild müsste sich beim Drehen ändern!
Lichtsignal von irdischem Sender breitet sich stets in allen Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit aus (c = 299792458 m/s) Zeitmessungen sind relativ! Bestätigungsexperimente Lebensdauer von Myonen - entstehen in Atmosphäre
- zerfallen radioaktiv
- Halbwertszeit von 1,5 µs
- In dieser Zeit legen sie 450 Meter zurück Intensität der Myonen müsste sich mit
zunehmender Höhe alle 450 Meter verdoppeln.

Sie nimmt aber viel langsamer zu! Zeitdilatation Wir messen in unserem Bezugssystem verlängerte Halbwertszeiten! Hafele-Keating v S' S U U (B) U (A) Beispiel Myonen Relativistische Verzerrungseffekte Rechnungen in SRT 2 Inertialsysteme (S und S') (x,y,z,t) (x',y',z',t') Höhe der Erdatmosphäre für Myonen von 15 km auf ca. 0,21 km kontrahiert! Kein Wunder, dass sie die Erdoberfläche erreichen, bevor ihre Eigenhalbwertszeit abläuft... GPS Galilei-
Tranformation Lorentz-
Transformation Rücktransformation Geschwindigkeitsaddition y' x' S'-System
(Schwerpunkt ruht) Inelastischer, zentraler Stoß v -v y' x' S'-System
(Schwerpunkt ruht) Inelastischer, zentraler Stoß y x S-System
(S' bewegt sich mit v nach rechts,
rechte Kugel ruht) Inelastischer, zentraler Stoß u m m 0 y x S-System
(S' bewegt sich mit v nach rechts) Inelastischer, zentraler Stoß v Auch Masse ist relativ! m + m 0 Impulserhaltung Geschwindigkeitsaddition Lichtgeschwindigkeit ist höchstmögliche Geschwindigkeit im Universum! E = mc = E + E 2 relativistische
Gesamtenergie relativistische
Masse Relativistische kinetische Energie Ruheenergie Re Gesamtenergie kin 0 Bestätigung durch Hochenergie-Physik Äquivalenz von Masse und Energie
Beide Erhaltungssätze sind gleich! p p p p π 0 zwei Protonen erzeugen ein Pion
dabei wandeln sie ihre kinetische Energie vollständig in die Ruheenergie des Pions um
das Pion hat demnach eine Masse, die sich experimentell bestätigen lässt v v Kernphysik Spaltung Fusion p Vielen Dank
für eure
Aufmerksamkeit! Lukas Kirchhoff Quellen Jürgen Freund: Spezielle Relativitätstheorie für Studienanfänger.
vdf Hochschulverlag, ETH Zürich 2007

Paul A. Tipler / Gene Mosca: Physik.
Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2009

Franz Bader et al.: DornBader Physik 11/12.
Schroedel Verlag, Braunschweig 2010

http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/spezielle-relativitaetstheorie

http://www.orpheus-verein.de/nocgi/mat/srt.pdf

http://de.wikipedia.org/wiki/Michelson-Morley-Experiment

http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit

http://de.wikipedia.org/wiki/Spezielle_Relativit%C3%A4tstheorie
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