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".
Relativitätstheorie: Lichtablenkung am Sonnenrand
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
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 & 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.
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Download
- lichtablenkung_aufgaben.pdf
Die klassische Formel wird vereinfacht hergeleitet; die relativistische Formel wird angegeben, und die Konsequenzen der darin enthaltenen Zusatzterme werden diskutiert.
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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.
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 PrÃncipe vor der westafrikanischen Küste.
