Relativitätstheorie: Lichtablenkung am Sonnenrand

Wissenschaftsgeschichtlich sind vor allem drei "Beweise" der Allgemeinen Relativitätstheorie (1915) zu nennen, die Albert Einstein (1879-1955) zu großer Popularität verholfen haben: die Lichtablenkung von Sternenlicht am Sonnenrand, die Periheldrehung der Merkurbahn, und die Shapiro-Verzögerung von Radarsignalen bei der Reflexion an der Venusoberfläche. Alle drei Beobachtungen beziehungsweise Experimente lassen sich im Unterricht mithilfe der hier vorgestellten und vom Autor programmierten Simulation anschaulich darstellen und besprechen. Darüber hinaus kann mit der Simulation die Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher thematisiert werden. Diese Unterrichtseinheit beschreibt die Hintergründe zur Lichtablenkung von Sternenlicht am Sonnenrand und skizziert die Einsatzmöglichkeiten des Programms "Phänomene der Allgemeinen Relativitätstheorie".

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

• erfahren, dass Licht innerhalb von Gravitationsfeldern abgelenkt wird.
• mithilfe einer vereinfachten Herleitung diese Ablenkung klassisch berechnen können.
• erfahren, dass diese klassische Betrachtungsweise nicht der Wirklichkeit entspricht.
• erkennen, dass erst die Allgemeine Relativitätstheorie den richtigen Wert für die Lichtablenkung am Sonnenrand liefert.
• mithilfe einer Computersimulation die unterschiedlichen Szenarien spielerisch erfahren und nachstellen können.
• erkennen, dass die exakte Bestimmung der Lichtablenkung am Sonnenrand ein wichtiger historischer Beweis für die Relativitätstheorie ist.

Kurzinformation

Didaktisch-methodischer Kommentar

Grundlage der Unterrichtseinheit ist ein vom Autor programmiertes und frei verfügbares Simulationsprogramm zur Allgemeinen Relativitätstheorie. Es ermöglicht Simulationen zu verschiedenen Aspekten der Theorie. Mithilfe der Simulation zur Lichtablenkung von Sternenlicht am Sonnenrand und einem Informations- und Arbeitsblatt vergleichen die Schülerinnen und Schüler die klassischen mit den relativistischen Vorhersagen: Um welchen Winkel wird ein Lichtstrahl beim Passieren des Sonnenrandes aufgrund der Gravitation "verbogen"?

• Historisches zum Thema und Informationen zum Programm
  Das Programm "Phänomene der Allgemeinen Relativitätstheorie" ermöglicht den Vergleich der Vorhersagen von Einstein und Newton zur Gravitation.
• Hinweise zum Einsatz im Unterricht und Arbeitsblatt
  Die Simulationen können Vorträge per Beamer-Präsentation unterstützen und ermöglichen - mit entsprechenden Arbeitsaufträgen - Partnerarbeiten im Computerraum.

Download

Arbeitsblatt

Lösungen

• lichtablenkung_aufgaben_mit_loesung.pdf
  Damit Ihre Schülerinnen und Schüler die Lösungen auch tatsächlich selbst erarbeiten, stellen wir den Lösungsvorschlag nur im geschlossenen Bereich "Mein LO" zur Verfügung.

Internetadresse

• Phänomene der Allgemeinen Relativitätstheorie
  Auf der Homepage von Matthias Borchardt können Sie das Programm herunterladen. Die Datei ist direkt ausführbar und muss nicht installiert werden.

Zusatzinformation

• Wikipedia: Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919
  Hier finden Sie Informationen zu der historischen Expedition auf die Vulkaninsel Príncipe vor der westafrikanischen Küste.

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.

• Mehr Infos im Autorenverzeichnis
  Hier können Sie Kontakt mit Herrn Borchardt aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.

Kommentare zu dieser Unterrichtseinheit

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