Physik: Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher

Grundlage der Unterrichtseinheit ist ein vom Autor programmiertes und frei verfügbares Simulationsprogramm zur Allgemeinen Relativitätstheorie (ART). Es ermöglicht Simulationen zu verschiedenen Aspekten der Theorie, die Albert Einstein (1879-1955) im Jahr 1915 veröffentlichte und die ihm zu so großer Popularität verhalf. In der Unterrichtseinheit gehen die Schülerinnen und Schüler unter anderem der Frage nach, wie ein Schwarzes Loch aus der Nähe aussehen würde. Lehrpersonen finden im Bereich "Mein LO" detaillierte Lösungen zu den hier vorgeschlagenen Aufgaben. Zur Behandlung des Themas in der Schule eigenen sich auch die hervorragenden Computergrafiken und -animationen der Webseite "Tempolimit Lichtgeschwindigkeit".

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

• den Schwarzschildradius mithilfe der zweiten kosmischen Geschwindigkeit herleiten können.
• den Schwarzschildradius verschiedener Himmelskörper berechnen können.
• erfahren, dass Lichtstrahlen unter bestimmten Voraussetzungen ein Schwarzes Loch umkreisen können.
• mithilfe der Computersimulation das Verhalten von Lichtstrahlen in der Nähe Schwarzer Löcher spielerisch untersuchen und die angegebene Formel verifizieren können.
• mithilfe der Computersimulation verstehen lernen, wie ein Schwarzes Loch vor dem Hintergrund eines sternenübersäten Himmels für eine Beobachterin oder einen Beobachter aussehen würde.

Mehr

• Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher
  Schülerinnen und Schüler lernen die Begriffe Schwarzschildradius und "knife-edge-orbit" kennen und simulieren das Verhalten von Lichtstrahlen (ab Klasse 10).

Informationen zum Autor

Matthias Borchardt ist Lehrer für Physik und Mathematik am Tannenbusch-Gymnasium Bonn. Auf seiner Homepage und in zahlreichen Artikeln in didaktischen Zeitschriften zum Physik- und Astronomieunterricht hat er Computersimulationen und Unterrichtsmaterialien zur Physik der Oberstufe veröffentlicht.

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