Naturwissenschaften

Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher

Veröffentlicht am 27.08.2010
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • mindestens 1 Stunde (je nach Vertiefung flexibel)
  • Arbeitsmaterial, Arbeitsblatt, Lernkontrolle, Thematischer Hintergrund, Audiovisuelles Medium
  • 1 Arbeitsmaterial

Schülerinnen und Schüler lernen die Begriffe Schwarzschildradius und "knife-edge-orbit" kennen. Mit einer Computersimulation untersuchen sie das Verhalten von Lichtstrahlen in der Nähe Schwarzer Löcher.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Phänomene der ART

Neben der hier vorgestellten Simulation zur Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher bietet die Simulation zu den Phänomenen der Allgemeinen Relativitätstheorie die Möglichkeit, drei wissenschaftsgeschichtlich wichtige Beobachtungen beziehungsweise Experimente für den "Beweis" der Allgemeinen Relativitätstheorie darzustellen und zu besprechen: die Relativitätstheorie: Lichtablenkung am Sonnenrand, die Relativitätstheorie: Die Periheldrehung der Merkurellipse und die Relativitätstheorie: Der Shapiro-Effekt bei der Reflexion an der Venusoberfläche.

Nischen für die ART in der Schule

Als Physiklehrer, der seit vielen Jahren in der Oberstufe unterrichtet, ist dem Autor durchaus bewusst, dass die Nischen für die Behandlung der Allgemeinen Relativitätstheorie im normalen Unterricht extrem rar geworden sind. Aber vielleicht bieten Arbeitsgemeinschaften (Physik, Astronomie), Projekttage oder die in Nordrhein-Westfalen geplanten Projektkurse der neuen Oberstufe Möglichkeiten, Aspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie zu thematisieren und den Schülerinnen und Schülern eine Vorstellung davon zu vermitteln, mit welch faszinierenden Ideen Albert Einstein sich dem Phänomen der "Gravitation" genähert hat.

  • Hintergrundinformationen
    Was ist der Schwarzschildradius? Was bedeutet "knife-edge-orbit" und wie sieht ein Schwarzes Loch aus der Nähe aus?
  • 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 & Arbeitsblatt
    Die Simulationen können Vorträge per Beamer-Präsentation unterstützen und ermöglichen - mit entsprechenden Arbeitsaufträgen - Partnerarbeiten im Computerraum.
Download

Vermittelte 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.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaAllgemeine Relativitätstheorie: Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher
AutorMatthias Borchardt
FächerPhysik (Allgemeine Relativitätstheorie), Astronomie (Gravitation); Physik- und Astronomie-AGs, Projektkurse (neue Oberstufe NRW)
Zielgruppeab Klasse 10
Zeitraummindestens 1 Stunde (je nach Vertiefung flexibel)
Technische VoraussetzungenPräsentationsrechner mit Beamer; gegebenenfalls Computer in ausreichender Anzahl für Einzel- oder Partnerarbeit

Literatur

  • Edwin F. Taylor, John A. Wheeler

    Exploring Black Holes. Addison Wesely, Longman, Inc., 2000

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Avatar 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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