Lichtablenkung in der Nähe Schwarzer Löcher

Unterrichtseinheit

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.

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

Beschreibung der Unterrichtseinheit

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".

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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.

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Matthias Borchardt

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