Hausaufgaben zur Vorlesung: Vertiefung Experimentalphysik 1 E. Resconi Wintersemester 2014/15 K. Krings Nr. 8 E-Mail: [email protected] Tel.: +49 (0)89 35831 7168 Excellence Cluster Universe, Raum 030 16. Januar 2015 www.cosmic-particles.ph.tum.de/index.php?id=21 Aufgabe 19 Die Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche 1. Eine Astronautin von h = 1,7 m Größe schwebt “mit den Füßen nach unten” in einem Space Shuttle auf einer Umlaufbahn bei r = 6,77 · 106 m vom Erdmittelpunkt. Wie groß ist der Unterschied zwischen der Gravitationsbeschleunigung an ihren Füßen und an ihrem Kopf? 2. Nun soll sich die Astronautin “mit den Füßen nach unten” auf einer Umlaufbahn vom selben Radius r = 6,77 · 106 m um ein Schwarzes Loch der Masse MS = 1,99 · 1031 kg (das entspricht dem Zehnfachen der Sonnenmasse) befinden. Wie groß ist in diesem Fall der Unterschied in der Gravitationsbeschleunigung an ihren Füßen und an ihrem Kopf? Das Schwarze Loch besitzt eine Oberfläche (den sogenannten Ereignishorizont) bei einem Radius RS = 2,95 · 104 m. Nichts, noch nicht einmal Licht, kann von dieser Oberfläche oder von einem Punkt innerhalb dieser Fläche jemals entweichen. Man beachte, dass sich die Astronautin weit außerhalb dieser Oberfläche befindet (r = 299RS ). Aufgabe 20 Die Fluchtgeschwindigkeit Ein direkt auf die Erde zufallender Asteroid habe einen bei Abstand von 10 Erdradien zum Erdmittelpunkt eine Relativgeschwindigkeit zur Erde von 12 km s−1 . Unter Vernachlässigung der Einflüsse der Erdatmosphäre auf den Asteroiden berechne man seine Geschwindigkeit ve beim Aufprall auf die Erdoberfläche. Die Erdmasse beträgt M = 5,98 · 1024 kg und der Erdradius R = 6,37 · 106 m. Aufgabe 21 Planeten und Satelliten: Die keplerschen Gesetze Der Komet Halley befindet sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne mit einer Umlaufzeit von 76 Jahren. Bei seinem Erscheinen im Jahr 1986 betrug sein kürzester Abstand zur Sonne (sein Perihelabstand RP ) 8,9 · 1010 m. Dieser Wert liegt zwischen den Umlaufbahnen von Merkur und Venus. 1. Wie groß ist der Abstand des Kometen von der Sonne an sonnenfernsten Punkt seiner Bahn (also sein Aphelabstand RP )? 2. Welche Exzentrität hat die Umlaufbahn des halleyschen Kometen? 1