Das simulierte Gummituch - Raumkrümmung am Computer

Die Lernenden werden schrittweise an den Begriff der Raumkrümmung herangeführt. Sie erkennen, dass die Bahnen von Himmelskörpern in Gravitationsfeldern mithilfe des Modells einer gekrümmten Fläche sehr gut dargestellt werden können.

  • Astronomie / Physik
  • Sekundarstufe II
  • 1 Stunde (je nach Vertiefung flexibel)
  • Video, Arbeitsblatt, Lernkontrolle

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Die Effekte der Raumkrümmung (Allgemeine Relativitätstheorie) lassen sich anschaulich mithilfe einer Gummimembrane demonstrieren, in deren Mitte eine schwere Kugel liegt, die die Fläche der Membrane eindellt. Eine kleine Kugel, die über diese Fläche rollt, wird durch die Mulde so beeinflusst, als würde sie von der großen Kugel angezogen werden. Solche Gummihaut-Modelle sind allerdings schwierig zu bauen. Das hier vorgestellte Computerprogramm simuliert eine solche deformierbare Fläche und ermöglicht die Darstellung der Bahnkurven einer kleinen Kugel, die über diese Fläche ?rollt?.

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Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • erfahren, dass sich die abstrakte Idee eines dreidimensionalen, gekrümmten Raums mithilfe eines Gummimembranen-Modells veranschaulichen lässt.
  • mithilfe der Computersimulation die didaktischen Möglichkeiten eines solchen Modells spielerisch erfassen.
  • mit konkreten Daten die unterschiedlichsten Bahnkurven von Körpern in der Nähe großer Massen mit dem Computer simulieren.
  • erkennen, dass Abweichungen vom klassischen Gravitationspotential zu rosettenförmigen Umlaufbahnen führen.

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Autor

Portrait von Matthias Borchardt
Matthias Borchardt

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