Konzept SRT

Konzept SRT (2. SEA) - logische Struktur -
Version 0.001 alpha 
In der Arbeit: 0., 1., 2., 4.
0. ¿Vor-Umfrage zum Einsatz von Moebius? (Anschaulichkeit, Verständnis, Beherrschen des
Umgangs mit Moebius, …)  Kompetenzsteigerung beim Umgang mit Moebius als ein Ziel
der Lerneinheit (mit Selbsteinschätzung) ?!?!
1. Mathematisch-Physikalische Vorbetrachtungen
- E_kin = m/2∙v² = p² / 2m
- dE_kin / dp = p/m  dE_kin = p/m ∙ dp  Erläuterung (dp = sehr kleine Δp), Wie verhält
sich E_kin bei kleiner Änderung von p?
- Alternativ: P = F∙v, dE = P∙dt
- Definitionsbereich von folgenden Funktionen überlegen:
 1/x
 1/(1-x)
 1/wurzel(1-x)
 1/wurzel(1-x/y)
 1/wurzel(1-x²/y²)
 Verlauf der Funktionsgraphen betrachten!
2. „Spezielle Relativitätstheorie“  Berühmteste Gleichung:
E = MC²
(Einstein 1905, „Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?“)
- Interpretation: Jeder Masse entspricht ein enorm hohes Energieäquivalent (an Beispielen
ausrechnen, technische Möglichkeiten diese Energie zu nutzen, Ausblick Kernphysik,
Schwarze Löcher  Jahres-Energiebedarf der Erde mit 2 LKW-Ladungen Sand decken,
Patent auf Schwarzes-Loch-Kraftwerk, Teilchen + Antiteilchen…)
- Gleichung umstellen: M = E/C²
- Interpretation: Jeder Energie (egal welcher Form) entspricht ein kleines
Masseäquivalent?! ( TRÄGE Masse, keine schwere Masse)
- Folgerungen: Wärmestrahlung unseres Körpers  Energieabstrahlung  Beste Diät?
Für versch. Energieformen diskutieren, Problem der Vorstellung diskutieren
- Konkret: Teilchen (Elektron/Proton oder Auto???) wird beschleunigt. Kinetische Energie
≡ Masse  Masse steigt  Kinetische Energie (~m) steigt zusätzlich!
- MOEBIUS: Simulation Beschleunigung klassisch / neu
- Versch. Diagramme abzeichnen, Vergleich, Interpretation, Erkenntnis:
Grenzgeschwindigkeit = c, vorher Masse und Energie gegen unendlich (daher weitere
Beschleunigung immer schwerer, c wird nie erreicht)
Aufgabenergebnisse wie in einem Protokoll dokumentieren!
Problematik Teilchenbeschleuniger erwähnen
Zusammenfassung 1: Vgl. Mischke, S. 79/80
Wichtig: Effekt nur für äußeren Beobachter! Teilchen selbst spürt keine Massenzunahme
- „passenden“ funktionalen Zusammenhang für Zunahme finden (mehrere Vorgaben) und
im Programm einfügen
(Differenzierung: Herleitung über DGL, ggf. mit Wolfram Alpha)
- Übungen (Massenzunahme / Energie berechnen)
-
m=m(v), E=E(v)  v für Beobachter. Raumschiff wird für Beobachter schneller und damit
schwerer, mitreisender Raumfahrer: v=0  keine Änderung
-
-
3.
 Effekte sind abhängig vom Bezugssystem!
 „Alles ist relativ“, abhängig vom Beobachter und dessen Bewegungszustand,
keine „wahren“ Werte  kein absolutes Bezugssystem
Spezielles Relativitätsprinzip: Alle Inertialsysteme sind gleichwertig.
Teilchen hat bereits Anfangsgeschwindigkeit v0 und wird nun beschleunigt (z.B. von
Raumschiff aus)  Grenzgeschwindigkeit wieder c
MOEBIUS: Simulation relativistisch mit v0 (bzw. E_kin0)
Interpretation: Ruhender Beobachter von außen und Beobachter mit v0 sehen Teilchen,
dass sich Grenzgeschwindigkeit c annähert
 Lichtgeschwindigkeit in allen Inertialsystemen gleich groß !!!
Folgerung: Raumschiff mit v=c/2 macht Scheinwerfer an, Licht bewegt sich für äußeren
Beobachter mit c fort, aber auch für Piloten im Raumschiff!
Visuell veranschaulichen (Geschwindigkeitsaddition), Problem herausarbeiten
Wenn c=konst, muss sich wegen c=s/t an Länge und/oder Zeit was geändert haben!
Übungen
Zeitdilatation, Längenkontraktion (nicht mehr in SEA…)
- Lichtuhr: zwei Raumschiffe fliegen parallel im Abstand d, Lichtsignale hin und her… (das
übliche)
- Herleitung, Übungen, Paradoxien
- (Fakultativ: Merkhilfe „Minkowski für Anfänger“: dx² + dy² + dz² – c²dt² = konst)
4. Auswertung: Leistungskontrolle, End-Umfrage
5. „Nachtrag“: Historischer Weg, Postulate, Problem Gleichzeitigkeit, v klein  Newton,
Zusammenhang Elektrodynamik (relativistischer Charakter der Lorentzkraft), Ausblick ART
(Postulate, Effekte, Kosmologie)