Relativitätstheorie: Lichtablenkung am Sonnenrand

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zur Relativitätstheorie lernen die Schülerinnen und Schüler die Lichtablenkung am Sonnenrand als wichtigen historischen Beweis für die Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) kennen.

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

Beschreibung der Unterrichtseinheit

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".

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"?

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Vermittelte 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.

Autor

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Matthias Borchardt

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