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Phantasie>Wissen
Anmeldungsdatum: 20.02.2012
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 Phantasie>Wissen Verfasst am: 20. Feb 2012 11:27 Titel: Wellen, Magnetfelder und Energie - alles relativ? (Prüfungsa |
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Meine Frage:
Hallo erstmal -
nachdem ich mich die letzten 48h mit dem guten Einstein und der Quantenphysik beschäftigt habe (welche ich nicht verstehe - was angeblich bedeutet dass ich sie verstehe) und mich nun vollends unbedeutend fühle und mich nach Philoshoph und Psychater sehne, kollidiert meine beschränkte Fähigkeit zur Mathematik mit einigen alten Klausuraufgaben - welche sich auf die Relativitätstheorie sowie auf Elektronen / Wellen denen E zugeführt wird beziehen.
Ich befürchte ein Großteil der Aufgaben ist äußerst simpel, doch trotz googlerei habe ich leider nicht die richtigen Ansätze gefunden und muss euch damit langweillen.
Zu den Aufgaben:
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1) Relativitätstheorie
Der Stern Proxima Centauri befindet sich in einer Entfernung von 4,3 Lichtjahren zur Erde.
a) Wie lang bräuchte ein Raumschiff zum Stern und zurück zur Erde,
wenn v = 0,6c
b) Wie lange würde der Flug für die Astronauten an Bord dauern.
c) Welche Geschwindigkeit müsste das Raumschiff haben, damit an Bord . während der Reise nur zwei Jahre vergehen?
2)
Um aus einer Kaliumschicht Elektronen herauszulösen, ist die Austrittsarbeit W = 2eV je Elektron erforderlich. Auf die Kaliumschicht soll Licht mit der Wellenlänge  = 400nm fallen.
a) Wie groß ist die kinetische Energie der austretenden Elektronen?
b) Wie groß ist die Geschwindigkeit dieser Elektronen?
3) Massendefekt
Bei der Kernspaltung von U -235 beträgt der Massendefekt pro Spaltung 0,0001 .
a) Welche Energie wird bei der Spaltung von 1kg Uran frei?
4)
Die Feldstärke eines homogenen Magnetfeldes beträgt B = 5.10^-2 T
a) Ein Elektron bewegt sich mit der Geschwindigkeit v = 100m/s
. senkrecht zu den Feldlinien. Wie groß ist der Bahnradius?
b) Welchen Radius hat die Bahn eines alpha - Teilchens gleicher Energie?
5)
Welche Wellenlänge und Energie hat UV - Strahlung mit der Frequenz von 1,4*10^16 Hz?
6)
In einer Diode werden Elektronen mit 15kV beschleunigt. Welche Geschwindigkeit haben dann diese Elektronen?
7)
Beim Versuch Photoeffekt strahlt blaues Licht mit einer Frequez von 1,5*10^15 Hz ein. Wie groß darf die Ablösearbeit max. sein, damit noch ein Strom fließen kann?
So .. vielen Dank schon einmal im Vorraus ich hoffe ich habe es übersichtlich genug dargestellt um überhaupt Hilfe zu erhalten ;)
mfg
Meine Ideen:
1a)  abzüglich Raum und Zeitkontraktion ?
1b) 
1c) nicht möglich da c = (höchstwahrscheinlich)endliche Geschwindigkeit . im Universum ist, ansonsten nahezu 4fache Lichtgeschwindkeit . . abzüglich Raum/Zeitkontraktion
2) Hierzu schaffe ich nichtmal einen Denkansatz
3) Hierzu fehlt mir schlicht und einfach die Richtige Formel in die ich
. Mü und die Masse einsetzen kann - den Massendefekt ansich verstehe
. ich
4) Hierzu kann ich nur sagen dass es sich bei einem alpha - Teilchen
. um ein Heliumkern handelt. Ansonsten fehlt mir jeglicher Ansatz
5 & 6 )
Ich schäme mich hierfür schon fast, die Aufgaben sehen sehr simpel aus aber ich komm einfach nicht drauf ..
7) Photoeffekt?  ? |
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MI
Anmeldungsdatum: 03.11.2004
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| MI Verfasst am: 20. Feb 2012 12:40 Titel: Re: Wellen, Magnetfelder und Energie - alles relativ? (Prüfu |
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| Phantasie>Wissen hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
nachdem ich mich die letzten 48h mit dem guten Einstein und der Quantenphysik beschäftigt habe (welche ich nicht verstehe - was angeblich bedeutet dass ich sie verstehe) |
Klassischer logischer Fehlschluss. Das Zitat sagt: "Wer sagt, er hätte die QM verstanden, hat sie nicht verstanden" oder:
Daraus folgt aber nicht im Umkehrschluss, dass wer sagt, er hätte es nicht verstanden, dann die QM verstanden hat, oder:
Das nur am Rande  .
| Zitat: |
Der Stern Proxima Centauri befindet sich in einer Entfernung von 4,3 Lichtjahren zur Erde.
a) Wie lang bräuchte ein Raumschiff zum Stern und zurück zur Erde,
wenn v = 0,6c
b) Wie lange würde der Flug für die Astronauten an Bord dauern.
c) Welche Geschwindigkeit müsste das Raumschiff haben, damit an Bord . während der Reise nur zwei Jahre vergehen?
Meine Ideen:
1a) abzüglich Raum und Zeitkontraktion ?
1b)
1c) nicht möglich da c = (höchstwahrscheinlich)endliche Geschwindigkeit . im Universum ist, ansonsten nahezu 4fache Lichtgeschwindkeit . . abzüglich Raum/Zeitkontraktion
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Nein, da hast du etwas fundamental falsch verstanden. In unserem Bezugssystem gibt's doch keine Zeitdilatation (was auch immer Zeitkontraktion sein soll), d.h. du hast eine Entfernung und eine Geschwindigkeit, also gibt's keine weiteren Einflüsse. Zeitdilatation und Raumkontraktion gibt es erst, wenn ich von meinem System einen Wechsel des Bezugssystems vornehme - z.B. muss (im Vergleich zu unseren Längen) die Zeit an Bord des Raumschiffs langsamer laufen und der Raum verkürzt erscheinen.
In der b) sieht das dann schon besser aus, allerdings bringt dir die Formel nicht viel, wenn du nicht auch erklärst, was denn jetzt die ungestrichenen und was die gestrichenen Größen sind - und ich vermute, du würdest sie falsch herum wählen - weil du sonst ziemlich schnell darauf kämest, dass c) durchaus möglich ist.
| Zitat: |
2)
Um aus einer Kaliumschicht Elektronen herauszulösen, ist die Austrittsarbeit W = 2eV je Elektron erforderlich. Auf die Kaliumschicht soll Licht mit der Wellenlänge = 400nm fallen.
a) Wie groß ist die kinetische Energie der austretenden Elektronen?
b) Wie groß ist die Geschwindigkeit dieser Elektronen?
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Stichwort Photoeffekt für die a). Wenn ich mir deine Probleme insb. bei Aufgabe 5) anschaue, dann solltest du dir zunächst überlegen, welche Energie ein Photon der Wellenlänge hat.
Bei der b) musst du dann nur überlegen ob du klassisch rechnen darfst oder relativistische Elektronen hast.
Den Rest machen wir mal nach und nach.
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
Gast
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 20. Feb 2012 15:54 Titel: |
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Super - also erstmal Danke für deine Antwort und das du mein
logischen Fehlschluss zerpflückt hast - wollte versuchen darzustellen
das ich mich durchaus mit dem Thema beschäftigt habe und mir nicht nur hier schnell schnell "billige Antworten" zu ergattern
Zu den Aufgaben:
Sprich 1a) lässt sich tatsächlich über die klassische formel v=s/t
errechnen? d.h. hierbei liegt die Strecke 4,3 Lichtjahre umzurechnen? (sprich 300 000 km /s * 60 *60 * 24 * 356 ?)
zu 1b) - naja t' ist hierbei die Zeit des bewegte Inertialsystem (also die Zeit für den Astronauten) und t die im unbewegten Inertialsystem (die Zeit für den Beobachter trau ich mir nicht zu sagen ) - sprich auf t' umwandeln
zur 1c) ... gleiche Formel wobei t' = 2 mit v = gesucht?
(die Sache mit der Relativitätstheorie ist so ne Sache .. immer wenn man meint man versteht sie erkennt man dann doch wieder, dass man sie nicht versteht ...  .. immerhin weiß ich das unter der Wurzel nichts negatives stehen darf )
zur Aufgabe 5 bzw 7 - bitte ich dich mir die benötigte Formel zu verraten - mein Hirn schafft den Sprung momentan nicht .. ich weiß dass umso höher die Frequenz umso höher die Energie - UV am energiereichsten, Rot am energieärmsten ( Rotlichtverschiebung )
gruß |
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Phantasie>Wissen
Anmeldungsdatum: 20.02.2012
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 20. Feb 2012 16:24 Titel: |
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| Zitat: | | zur Aufgabe 5 bzw 7 - bitte ich dich mir die benötigte Formel zu verraten - mein Hirn schafft den Sprung momentan nicht |
oder bin ich so vieleicht doch richtig? :
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MI
Anmeldungsdatum: 03.11.2004
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Wohnort: München
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| MI Verfasst am: 20. Feb 2012 17:21 Titel: |
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| Phantasie>Wissen hat Folgendes geschrieben: | Super - also erstmal Danke für deine Antwort und das du mein
logischen Fehlschluss zerpflückt hast - wollte versuchen darzustellen
das ich mich durchaus mit dem Thema beschäftigt habe und mir nicht nur hier schnell schnell "billige Antworten" zu ergattern
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Überhaupt kein Problem. Ich meine du hast ja ein paar Ansätze geliefert und von da aus gehen wir jetzt einfach weiter.
| Zitat: |
Sprich 1a) lässt sich tatsächlich über die klassische formel v=s/t
errechnen? d.h. hierbei liegt die Strecke 4,3 Lichtjahre umzurechnen? (sprich 300 000 km /s * 60 *60 * 24 * 356 ?) |
Ich weiß nicht, ob man da so großartig vorher umrechnen sollte. 1 Lichtjahr ist die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt, d.h. in einem Jahr legt das Raumschiff 0.6 Lichtjahre zurück. Und dann kannst du ausrechnen wie viele Jahre genau das Raumschiff unterwegs ist und das Ergebnis dann umrechnen.
Grundsätzlich ist es aber durchaus möglich einfach alles in SI-Einheiten umzurechnen und dann "einzusetzen".
Zur b): Genau das hatte ich erwartet, aber es ist genau anders herum. Die Krux ist sich immer genau klarzumachen in welchem Bezugssystem ich jetzt was genau wo habe. In dem Fall bewegt sich das Raumschiff und in deiner Version der Formel bedeutet das: ungestrichenes System. Warum? Naja, wie man anhand der Erklärung der Lichtuhren einsieht, vergeht die Zeit in einem relativ bewegten Inertialsystem langsamer. Das bedeutet: Eine Zeiteinheit im relativ bewegten System ist größer als eine Zeiteinheit im ruhenden System. Nun hast du geschrieben:  und da  offenbar, muss t' das ruhende System sein und t das relativ bewegte.
Du kannst ja mal ausrechnen, was du dann bekommst (und die c) gleich mitversuchen).
| Zitat: | | (die Sache mit der Relativitätstheorie ist so ne Sache .. immer wenn man meint man versteht sie erkennt man dann doch wieder, dass man sie nicht versteht ... .. immerhin weiß ich das unter der Wurzel nichts negatives stehen darf ) |
Vielleicht hilft dir ein bisschen Rechnen. Setze dich hin und spiele mit den Lorentztransformationen rum - mehr brauchst du eigentlich nicht. Wenn du mal in eine Richtung boostest und dir dann Zeitabstände anschaust, dann solltest du diese Phänomene bspw. feststellen.
| Zitat: |
zur Aufgabe 5 bzw 7 - bitte ich dich mir die benötigte Formel zu verraten - mein Hirn schafft den Sprung momentan nicht .. ich weiß dass umso höher die Frequenz umso höher die Energie - UV am energiereichsten, Rot am energieärmsten ( Rotlichtverschiebung ) |
Ich hab's befürchtet. Du hast wahrscheinlich so viel verschiedenen Kram gelesen, dass du einfach nicht mehr weißt, wo hinten und vorne ist. Was du hier beschreibst ist der relativistische Dopplereffekt. Der ist ja schön und gut, hat aber nichts mit der Quantisierung der Energie zu tun.
Nun gilt für Photonen nach Planck (im Grunde gilt das für alles):
 wobei  das Wirkungsquantum und  die Frequenz ist. Das bedeutet, dass die Energie von Photonen einer Frequenz immer Vielfache von h ist, sie ist also "quantisiert".
Das ist vielleicht DIE Formel der Quantenmechanik, denn sie gibt dir die Korrespondenz an, wie du von Energie eines Teilchens auf die Wellenlänge zurückschließen kannst - oder umgekehrt.
Eigentlich ist das immer so eine der ersten Formeln, mit denen man konfrontiert wird, weil in ihr mehr oder weniger die Quantenmechanik ihren Ursprung nahm, indem Planck postulierte, dass das Verhältnis von Energie und Frequenz einen endlichen Wert habe (seine Formulierung war etwas anders).
Kannst du mir, ausgehend davon, vielleicht auch erklären, wie man auf die Formel für den Fotoeffekt kommt?
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
Anmeldungsdatum: 20.02.2012
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 20. Feb 2012 19:17 Titel: |
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Gut ans Rechnen mach ich mich morgen, dafür habe ich heute keine Kopf mehr aber ich meine ich habe es verstanden .. das Energie "gequantelt" also in kleinen "Portionchen" aufgeteilt ist, habe ich (eigentlich) bereits gelernt nur den Bezug zwischen der Fragestellung und der nötigen Formel herzustellen fiel mir dennoch schwer aber jetzt wo du es so erwähnst scheint es mir einzuleuchten.
| Zitat: | | Ich hab's befürchtet. Du hast wahrscheinlich so viel verschiedenen Kram gelesen, dass du einfach nicht mehr weißt, wo hinten und vorne ist. |
Das lässt sich leider nicht vermeiden, denn ich bin gerade dabei die letzten Zulassungsprüfungen für die externe Matura zu absolvieren - das bedeutet Schullstoff von 4 Jahren Oberstufe, und die Österreicher fangen bei der Mechanik an und hören bei der Stringtheorie! auf - und das ganze ist leider nicht auf Verständniss aufgebaut sondern eher auf Wissensbulimie und darin bin ich (zum glück?) garnicht gut.
So und nun noch einmal Gedanken sammeln für den Photoeffekt:
Der Photoeffekt beschreibt die Tatsache, dass durch die energiereichen Strahlen der Sonne Elektronen (z.B. in einer Zinkplatte oder wie bei Solarzellen in Si/Ge-platten) aus ihrer Ordnung "geschlagen" werden und sich frei Bewegen können (und wenn gerichtet -> Stromfluss) wobei
 die Freisetzungsarbeit ist, also welche Arbeit aufzuwenden ist um die Elektronen aus ihren Elektronenlöchern zu bringen (daher muss die Energie des Photons > als die Bindungsenergie des Elektrons sein)
Hoffe das ist korrekt
mfg
Zuletzt bearbeitet von Phantasie>Wissen am 21. Feb 2012 11:19, insgesamt einmal bearbeitet |
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MI
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| MI Verfasst am: 20. Feb 2012 20:59 Titel: |
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Ah, ok. Maturaprüfungen. Ja, da ist das natürlich mit den Formeln eh so eine Sache.
Naja, dafür sind wir ja hier und können dir ein wenig beim Sortieren helfen  .
Gut, dann nochmal zum Photoeffekt. Was du beschreibst ist alles korrekt. Schön wäre noch gewesen, wenn du die Formel erklärt hättest. Da fehlt aber nicht mehr viel, also schiebe ich das mal eben nach:
Jetzt bestrahlen wir also unsere z.B. Platte mit Licht einer bestimmten Frequenz. Welche Energie haben die Elektronen die rauskommen?
Nun, wie du ungefähr beschreibst, die Energie der Photonen minus Austrittsarbeit (die Energie ist ja "verbraucht"). Energie der Photonen: E=hf, Austrittsarbeit: W_A. Elektronen sind Punktteilchen, also ist die einzige "Energieform", die sie haben können, kinetische Energie. Macht also:
Voilà. Und wenn du das verstanden hast, dann ist das ja schon einmal was (damit kannst du Aufgaben 5) und 7) bearbeiten). Jetzt müssen wir uns nur noch überlegen, wie denn die kinetische Energie der Elektronen gemessen werden kann, was uns dann zu Aufgabe 6) führt.
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
Anmeldungsdatum: 20.02.2012
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 21. Feb 2012 12:21 Titel: |
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So..erste Aufgabe ist mehrmals durch und ja die Crux hab ich gefunden  [Edit: glaube habe die Crux gefunden und erschlagen (in meinem eigenen Gedankenknoten] .. für den Astronauten vergeht aufgrund der Zeitdialation die Zeit länger - d.h. für ihn ist die Zeit länger ..
aber nun besagt doch die Allgemeine Relativitätstheorie das die Zeit umso weiter man sich von einer (großen) Masse entfernt schneller vergeht?
beißt sich das nicht? ..
1a)
 )
1b)
^{2} }{300000^2} } } = 8,95)
1c)
^2)\cdot c^2 = 32.400.000.000km/s )
äh ja Überlichtgeschwindigkeit? gibts nicht? (zumindest nicht mit vollständiger Informationsübertragung [Tunneleffekt])
oder rechne ich einfach Schwachsinn? 
.. und weiter zum Photoeffekt ..
Gruß
_________________
Man hat den Eindruck, dass die moderne Physik auf Annahmen beruht, die irgendwie dem Lächeln einer Katze gleichen, die gar nicht da ist.
Albert Einstein |
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MI
Anmeldungsdatum: 03.11.2004
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| MI Verfasst am: 21. Feb 2012 13:30 Titel: |
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| Phantasie>Wissen hat Folgendes geschrieben: | So..erste Aufgabe ist mehrmals durch und ja die Crux hab ich gefunden [Edit: glaube habe die Crux gefunden und erschlagen (in meinem eigenen Gedankenknoten] .. für den Astronauten vergeht aufgrund der Zeitdialation die Zeit länger - d.h. für ihn ist die Zeit länger ..
aber nun besagt doch die Allgemeine Relativitätstheorie das die Zeit umso weiter man sich von einer (großen) Masse entfernt schneller vergeht?
beißt sich das nicht? .. |
Die allgemeine Relativitätstheorie lassen wir da mal raus - die hat da eher nichts mit zu tun.
Bleiben wir also bei der speziellen. Du hast schon einmal Recht, dass du vermutlich den Punkt gefunden hast, der dir am Meisten Probleme bereitet. Allerdings ist es noch nicht richtig, aber ganz langsam nähern wir uns dem Kern der Sache.
Der Punkt ist folgender: Wir legen jetzt mal zunächst zwei Bezugssysteme fest. Das eine, I nennen wir das Ruhesystem und es ist das System des Beobachter aus der Aufgabe. Das zweite, I' ist das System des Astronauten, der sich relativ zu I mit 0.6c bewegt.
Wir wollen jetzt alles relativ zu unserem Ruhesystem, d.h. I, betrachten. Unsere Zeit ist also immer relativ zu I zu sehen.
Jetzt sagt uns die Zeitdilatation, dass (relativ zu I !) im Raumschiff die Zeit langsamer vergeht - gemäß dem Satz "bewegte Uhren gehen langsamer".
Bei a) stimme ich dir zu. Im System I braucht das Raumschiff also 7,16 Jahre um anzukommen.
Jetzt passt aber b) nicht (wie gesagt: Vertauschung von t und t'), denn: Bewegte Uhren gehen langsamer --> die Uhr im Raumschiff geht langsamer --> die 7,16 Jahre müssen im Raumschiff weniger sein. In deiner Formel ist jetzt t die verstrichene Zeit in I und t' die in I' --> du hast also t und t' vertauscht --> es kommen dann 5,728 Jahre raus.
Jetzt kannst du damit auch noch mal die 1 c) rechnen - und solltest keine Überlichtgeschwindigkeit rausbekommen.
Noch mal kurz zurück zu unserem Raumschiff: Was ist jetzt, wenn wir tatsächlich ins System I' gehen? Wir haben gerade ausgerechnet, dass die Fahrt dort nicht 7,16 Jahre dauert, sondern kürzer. Die Relativgeschwindigkeit von I' und I ist aber in beiden Systemen die Gleiche. Das bedeutet: Damit das Raumschiff wirklich ankommt, muss die Strecke aus Sicht von I' verkürzt sein - um den Faktor, dass es rechtzeitig ankommt.
Das ist das Zusammenspiel von Zeitdilatation und Raumkontraktion.
Wenn man Probleme hat sich zu merken, in welche Richtung das jetzt alles ging, vielleicht anhand eines Beispieles merken:
- Betrachte in der Atmosphäre erzeugte Myonen. Erde = Ruhesystem I, Myonen = relativ bewegtes System I'
- Im Ruhesystem eines Myons hat dieses eine bestimmte Lebensdauer.
- In der Atmosphäre erzeugte Myonen könnten (klassisch gesehen) nicht auf der Erde ankommen, weil sie zu kurz leben. Klassisch gesehen sind sie zu langsam (unter Lichtgeschwindigkeit).
- Die Myonen sind aber verdammt schnell, also gibt's relativistisch gesehen Zeitdilatation: Die Myonen leben (im erdbezogenen, "ruhenden" System) länger
- Im Ruhesystem der Myonen (also wenn wir die Rollen von I und I' tauschen) ist die Lebensdauer fix - also muss die Strecke zur Erde kürzer erscheinen, damit man rechtzeitig ankommt.
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
Anmeldungsdatum: 20.02.2012
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 21. Feb 2012 13:50 Titel: |
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So hier (glaube ich ) lacht die Sonne schon mehr ..
2)
 
So gut - negative Energie? kann nicht sein (oder?) - hab ich mich verrechnet oder bekommen die 2eV ein negatives Vorzeichen da es sich ja um Elektronen handelt?
5)
7)
An der 6 kau ich noch, ebenso an der 3 und 4
_________________
Man hat den Eindruck, dass die moderne Physik auf Annahmen beruht, die irgendwie dem Lächeln einer Katze gleichen, die gar nicht da ist.
Albert Einstein
Zuletzt bearbeitet von Phantasie>Wissen am 21. Feb 2012 19:02, insgesamt einmal bearbeitet |
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MI
Anmeldungsdatum: 03.11.2004
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| MI Verfasst am: 21. Feb 2012 14:14 Titel: |
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| Phantasie>Wissen hat Folgendes geschrieben: |
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Vorsicht! Du kannst nicht einfach m/s durch nm teilen und hoffen, dass was sinnvolles rauskommt - immer erst auf SI-Einheiten umrechnen und dann rechnen. Ansonsten ist die Idee okay. Wie kommst du jetzt von der (dann positiven) kinetischen Energie auf die Geschwindigkeit?
Versuch's mal ganz klassisch.
5 und 7 sehen von der Idee her richtig aus, ich hab's jetzt nicht in den Taschenrechner eingegeben.
Kleiner Hinweis: Mehrere Zahlen hochstellen mit ^{...}.
Ich würde sagen, wenn du mit der 1 zufrieden bist und die 2 jetzt noch korrigierst, dann sollten wir uns zunächst um die 6 und dann die 4 kümmern, da die 3 erstmal nicht ganz ins Schema passt.
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
Anmeldungsdatum: 20.02.2012
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Wohnort: München / Chiemsee
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 21. Feb 2012 14:28 Titel: |
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| Zitat: | | die 7,16 Jahre müssen im Raumschiff weniger sein. In deiner Formel ist jetzt t die verstrichene Zeit in I und t' die in I' --> du hast also t und t' vertauscht --> es kommen dann 5,728 Jahre |
Es ist der purer WAHNSINN , immer wenn ich meine ich habs, und es anfangen möchte zu formulieren fällt mir beim 2 Wort auf das ichs entweder nicht mehr verstehe oder nie verstanden habe .. (geht das überhaupt?)
Es ist wie ein glitschiger Fisch den ich um die Ecke lugen sehe und wenn ich danach greifen möchte machts FLUTSCH und er ist weg ..
Also .. die 5,728 Jahre habe ich auch bereits errechnet und fand das Ergebniss auch logischer, irgendwas hat mich dann aber verwirrt und ich habs wieder verworfen ..
Also
I = Beobachter in Zeit t im ruhenden System
I'= Astronaut in Zeit t' im bewegten System
Ich "betrachte" das geschehen von I aus, und da sich I' mit 0,6c bewegt geht dort die Zeit langsamer -> der Astronaut empfindet also die 7,16 Jahre als kürzer, was auf das Zusammenspiel von Zeitdialation und Raumkrümmung(=Lorentzkontraktion? wenn wir davon ausgehen das der Astronaut der Beobachter ist oder??? Der Astronaut ist sozusagen der Beobachter am Bahnsteig und das Weltall der Zug?) zurückzuführen ist, wessen logischer Schluss ist das der Astronaut eine kürzer Strecke zurückgelegt hat , und zwar um 20% um in der errechneten Zeit am Zielort anzukommen
(es macht mich fertig, aber ich schicks jetzt mal so ab .. )
danke übrigens das du dich an so nem schönen Tag
mit "meiner" Physik herumschlägst
| Zitat: | | Die allgemeine Relativitätstheorie lassen wir da mal raus |
Ist etwas schwer für mich, da spezielle und allgemeine in meinem Schulbuch innerhalb 43 Seiten direkt aufeinander folgen - und wie kann etwas "allgemeines" nicht etwas mit einem Sachverhalt zu tun haben?
Bei meiner Neuberechnung der 1c) kommt nun eine negative Zahl raus ..
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Phantasie>Wissen
Anmeldungsdatum: 20.02.2012
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 21. Feb 2012 14:36 Titel: |
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| MI hat Folgendes geschrieben: | | Phantasie>Wissen hat Folgendes geschrieben: |
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Vorsicht! Du kannst nicht einfach m/s durch nm teilen und hoffen, dass was sinnvolles rauskommt - immer erst auf SI-Einheiten umrechnen und dann rechnen. Ansonsten ist die Idee okay.I |
mh nunja,  sind  oder? nun kürzt sich der Meter raus und wir haben  .. ahh aber  ..
und somit 
- auf jedenfall schon einmal ein positives Ergebniss
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Albert Einstein |
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MI
Anmeldungsdatum: 03.11.2004
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| MI Verfasst am: 21. Feb 2012 15:08 Titel: |
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Zur 2:
Ja genau. Ich gehe jetzt einfach mal davon aus, dass du das richtig in deinen TR eingegeben hast - der Ansatz sollte jetzt passen und das Ergebnis könnte durchaus in der richtigen Größenordnung liegen.
Jetzt hast du die kinetische Energie. Wie kommst du auf die Geschwindigkeit?
| Zitat: | | Ich "betrachte" das geschehen von I aus, und da sich I' mit 0,6c bewegt geht dort die Zeit langsamer -> der Astronaut empfindet also die 7,16 Jahre als kürzer, was auf das Zusammenspiel von Zeitdialation und Raumkrümmung(=Lorentzkontraktion? wenn wir davon ausgehen das der Astronaut der Beobachter ist oder??? Der Astronaut ist sozusagen der Beobachter am Bahnsteig und das Weltall der Zug?) zurückzuführen ist, wessen logischer Schluss ist das der Astronaut eine kürzer Strecke zurückgelegt hat , und zwar um 20% um in der errechneten Zeit am Zielort anzukommen |
Ich glaube du meinst langsam das richtige, aber ich für's einfach noch einmal aus:
Zunächst: Du betrachtest das Geschehen von I, also bist du der Beobachter am Bahnsteig, denn wir sagen jetzt einfach: Der Bahnsteig ruht. Der Astronaut ist der Beobachter im Zug, er betrachtet das ganze von I'.
Es ist immer die Grundfrage: WAS IST DAS RUHENDE SYSTEM? Also welches System definiere ich mir als das ruhende System, wenn ich mehrere Inertialsysteme zur Auswahl habe? Und dieses System ist immer das System, aus dem heraus ich zunächst eine Aussage treffen kann.
Gehen wir also in die Aufgabenstellung:
| Zitat: |
1) Relativitätstheorie
Der Stern Proxima Centauri befindet sich in einer Entfernung von 4,3 Lichtjahren zur Erde.
a) Wie lang bräuchte ein Raumschiff zum Stern und zurück zur Erde,
wenn v = 0,6c
b) Wie lange würde der Flug für die Astronauten an Bord dauern.
c) Welche Geschwindigkeit müsste das Raumschiff haben, damit an Bord . während der Reise nur zwei Jahre vergehen?
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Jetzt haben wir hier:
- Der Stern hat eine Entfernung von 4,3 Lichtjahren von der Erde. Gemeint ist natürlich: Wir hier auf der Erde haben diese Entfernung gemessen.
- Das Raumschiff bewegt sich mit v=0.6c. Gemeint ist: Relativ zum System Erde-Proxima Centauri.
--> Also setzen wir dieses System jetzt als ruhendes System fest (das ist I, wir sind der Beobachter), da wir zunächst von diesem System aus Aussagen treffen müssen.
Kurze Anmerkung: Ich sehe gerade, dass das Raumschiff hin - UND ZURÜCK soll. Wir haben in unseren Rechnungen bisher immer nur eine Richtung betrachtet. Also brauchen wir noch einen Faktor zwei bei allen Wegstrecken.
Physikalisch ändert das für unsere Rechnungen zunächst nichts. Es führt nur dazu, dass I' kein Inertialsystem mehr ist (siehe weiter unten).
Ok. Das Raumschiff ist also jetzt das bewegte Bezugssystem I'.
Jetzt können wir die b) machen und kommen zum Schluss, dass im Raumschiff die Zeit langsamer vergeht. Und wir können berechnen um wie viel.
-----
Lass uns jetzt kurz davon ausgehen, wir betrachten nur den Hinweg: Dann, wie wir festgestellt haben, braucht der Astronaut auf seiner Uhr weniger. Auf dem Hinweg ist das System I' gleichförmig bewegt (quasi ein Inertialsystem) und wenn wir dahineinwechseln (also ist jetzt das Weltall der Zug, wenn du so willst):
- Ich brauche 5,nochwas Jahre
- Der Stern bewegt sich mit 0.6c auf mich zu
--> Die Entfernung von Erde und Stern ist kürzer als die Entfernung, die mir vorher jemand gesagt hat.
Das ist jetzt die andere Sichtweise. Damit alles konsistent bleibt, muss, wenn das eine System behauptet, die Zeit verginge langsamer, im anderen System (wo man das nicht merkt) der Weg kürzer sein (um 20% wie du richtig anmerkst).
Das ab den ---- ist für unsere Aufgabe nicht so wichtig, sondern es soll lediglich dazu dienen zu illustrieren, warum alles konsistent bleibt.
In unserem Beispiel rechnen wir aber natürlich mit unserem Ruhesystem I als Erde-System weiter. Wenn wir beachten, dass der Raumfahrer auch zurück kommen soll, dann haben wir auch keine andere Möglichkeit, denn das Raumschiff bremst ab und beschleunigt in die andere Richtung --> I' ist eigentlich gar kein Inertialsystem.
----
Kommst du jetzt vielleicht mit der c) klar? Bzw. was hast du da gerechnet?
Kurz zur ART: Die ART ist insofern allgemeiner, als dass sie die Gravitation noch miteinschließt. Wir haben hier aber keine Gravitation, die wir berücksichtigen müssen, daher können wir die ART ausklammern, da der Rest der Effekte, die wir hier brauchen, schon von der SRT vollständig beschrieben wird.
Gruß
MI
PS: Keine Ursache. Ich korrigiere nebenbei noch ein Skriptum, was ich vor ein paar Jahren fertig gestellt habe und eigentlich muss ich noch ein Paper lesen...
Naja, vermutlich gibt's die nächste Antwort erst etwas später . |
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Phantasie>Wissen
Anmeldungsdatum: 20.02.2012
Beiträge: 18
Wohnort: München / Chiemsee
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 21. Feb 2012 18:55 Titel: |
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Okay .. nach ein paar Stunden frischer Luft scheint es mir noch etwas mehr einzuleuchten - zur 1c) - die berechne ich so (vermutlich habe ich die Formel falsch umgestellt) .. die Wurzel .. ich Idiot ich habe den Exponent bei c übersehen ..
| Phantasie>Wissen hat Folgendes geschrieben: |
1c)
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das wären nun aber 0,6c .. d.h. es stimmt doch irgendetwas nicht
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Man hat den Eindruck, dass die moderne Physik auf Annahmen beruht, die irgendwie dem Lächeln einer Katze gleichen, die gar nicht da ist.
Albert Einstein |
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Phantasie>Wissen
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 21. Feb 2012 19:58 Titel: |
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| MI hat Folgendes geschrieben: | Zur 2:
Ja genau. Ich gehe jetzt einfach mal davon aus, dass du das richtig in deinen TR eingegeben hast - der Ansatz sollte jetzt passen und das Ergebnis könnte durchaus in der richtigen Größenordnung liegen.
Jetzt hast du die kinetische Energie. Wie kommst du auf die Geschwindigkeit?
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Umformen auf "v =" und dann sich fragen woher die Masse nehmen
Ich bin raus für heute, gute Nacht
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MI
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| MI Verfasst am: 21. Feb 2012 20:56 Titel: |
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Zur 2: Idee richtig. Deine Teilchen sind nun nach Aufgabenstellung Elektronen - also nimmst du deren Masse .
Kleiner Hinweis: Was man vielleicht dann noch untersuchen kann ist, wie groß die Geschwindigkeit relativ zur Lichtgeschwindigkeit ist. Bekommst du v<0.1c raus, ist alles ok, ansonsten machst du einen (immer größer werdenden) Fehler, wenn du klassisch rechnest und musst dann relativistisch rechnen. Das ist so eine Daumenregel .
Zur 1:
Was hast du bei t' und bei t eingesetzt?
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 22. Feb 2012 09:44 Titel: |
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Guten Morgen,
so habe eben noch eine Rechnung zur SRT gerechnet und es sieht recht gut aus ..
Aufgabenstellung (das gleiche in Grün)
Berechne: Ein Elektron wird auf v=0,6c beschleunigt und durchfliegt die Strecke AB = 13m
a) Dauer
b)Welche Zeit vergeht im Ruhesystem des Elektrons?
c) = "1c"
a)
b)
^2}{c^2} } = 2,87*10^{-8})
c)
² *c² } )
v ist die Geschwindigkeit die das Elektron benötigt sodass die Zeit im Ruhesystem des Elektrons für die Strecke AB 1,5*10^{-8} beträgt
kommen auf jedenfall Zahlentechnisch ganz gute Ergebnisse raus, denke ich habs jetzt .. um die Photonen und den Massendefekt kümmere ich mich heute Nachmittag
Gruß
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MI
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| MI Verfasst am: 22. Feb 2012 10:53 Titel: |
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Wenn ich das richtig sehe, dann passt's von den Ansätzen und die Ergebnisse klingen plausibel. 
Drei Anmerkungen:
1. In der Aufgabenstellung steht 13 m du rechnest mit 11 (zumindest steht das da, kann sein, dass das nur ein Tippfehler ist).
2. Dein Ergebnis von der c) stimmt größenordnungsmäßig, aber du gaukelst eine Genauigkeit vor, die du nicht hast. Als Faustregel würde ich für die Schule vorschlagen höchstens drei, vier Stellen genau anzugeben (hier also z.B. ca. 2.87*10^8 m/s).
Ich habe auch mal die Faustregel gelernt "Zahl der signifikanten Stellen in der ungenauesten Größe = Zahl der signifikanten Stellen im Endergebnis" - aber das ist auch nicht so ganz richtig.
3. Am Liebsten habe ich, wenn du Formeln ohne Zahlen hinschreibst und dann schreibst was deine Größen in den Formeln bedeuten
(z.B. c) v=sqrt(1-(t'/t)^2*c^2) wobei t'=1,5*10^-8 = Zeit im RS des Elektrons, etc.). Das musst du natürlich nicht machen, fände ich aber schön .
Wenn das Ergebnis dann größenordnungsmäßig stimmt, ist alles okay - ich rechne die Ergebnisse selten nach, da der Computertaschenrechner so unkomfortabel ist und ich meinen Handtaschenrechner irgendwo liegen habe und nicht mehr genau weiß wo. Das genaue Ergebnis spielt ja nur bedingt eine Rolle. Ich bin als Theoretiker auch nicht mehr gewohnt, mit echten Zahlen zu rechnen, daher sind mir die Formeln mit Zeichen lieben .
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 22. Feb 2012 21:21 Titel: |
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Anmerkungen regestriert (und befolgt)
So nun zur lieben Geschwindigkeit - also zur 2b)
hier habe ich also einmal Energie in  und eine Masse in - nun (wie ich so
eben entdeckt habe) kann ich in  umwandeln und erhalte somit: 
Soweit so gut, ein Problem habe ich noch: 3) und 4) - ich habe keine Ahnung wie ich die Bahnänderung im Magnetfeld kriege und beim Massendefekt - wie gesagt mir fehlt die Formel und Google spuckt auch nix sinnvolles aus - wäre super wenn du mir hier den Ansatz verraten könntest
Ich werde mich jetzt etwas mit dem Schwingkreis spielen
Gruß und gute Nacht
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MI
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| MI Verfasst am: 22. Feb 2012 21:45 Titel: |
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| Phantasie>Wissen hat Folgendes geschrieben: |
hier habe ich also einmal Energie in und eine Masse in- nun (wie ich so
eben entdeckt habe) kann ich in umwandeln und erhalte somit: |
Okay, wie man an den Einheiten sieht, hast du entweder die Wurzel nur bei den Einheiten nicht gezogen oder eben die Wurzel gar nicht gezogen .
Ansonsten ist der Weg natürlich ok.
Gut, gehen wir zur 4. Da der Massendefekt ein wenig Abseits liegt, machen wir den zum Schluss, da ja auch noch die 6 offen ist.
Bei beiden Aufgaben (4 und 6) muss man sich überlegen welche Kräfte wirken und wie sie wirken.
Eine Skizze kann bei der 4 hilfreich sein.
Vielleicht ein paar Denkanstöße zur 4)
Warum soll überhaupt eine Kreisbahn entstehen?
Wenn wir schon eine Kreisbahn haben, welche Kräfte (reale und Schneinkräfte) braucht es - ganz allgemein - um die Kreisbahn zu erklären? Da sollten dir zwei Kräfte einfallen.
Da es sich um eine stabile Bahn handelt, sollten wir uns im Kräftegleichgewicht befinden. Vielleicht kannst du damit schon etwas anfangen?
Bei der 6) kann man auch einen anderen Weg einschlagen:
Das Teilchen hat eine gewisse kinetische Energie. Um es abzubremsen, braucht muss man ihm diese also enziehen, d.h. man muss Arbeit verrichten.
Was kann hier die Arbeit verrichten?
Wie sieht's mit der Arbeit im E-Feld aus? Formeln, Ideen, wie die aussehen könnte?
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 23. Feb 2012 00:33 Titel: |
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Zur 4)
Mh also um einen Stromfluss bilden sich Magnetfeldlinien in Form von Kreisbahnen um das vom Elektron durchlaufene Medium
 http://www.ulfkonrad.de/bilder/grafik/physik/el-mag/lorentz-lfr.gif
Kreisfrequenz?  - eher nicht
Zentripetalkraft?
.. mh ich bin glaube ich total aufm Holzweg ..
ahhh Lorentzkraftgesetzt?! 
da haben wir ein B und ein v - das sieht doch schon mal ganz gut aus ..
zur 6)
geschafft für heut, 38h noch bis zur Prüfung
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Phantasie>Wissen
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 23. Feb 2012 18:28 Titel: |
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Zur Aufgabe 4) .. Lorentzkraft mit der Zentripetralkraft gleichsetzen ..
r ist gesucht, umstellen, einsetzen
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MI
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| MI Verfasst am: 23. Feb 2012 19:30 Titel: |
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Genau das wollte ich bei Aufgabe 4 hören . Und damit ist auch klar, dass sich die Radien ändern, wenn du verschiedene Teilchensorten (mit verschiedenen Massen) einsetzt.
Zur 6: Ja, oder anders gesagt:  (da wir hier ein Elektron haben, wenn ich mich recht erinnere, ist die Ladung  ), denn E_{kin} ist dann die Arbeit, die wir verrichtet haben, d.h. die Energie, die das Teilchen jetzt hat.
Gut, das letzte, was wir jetzt noch machen müssen, ist dieser Massendefekt. Was hast du - so grundsätzlich - darüber gelernt?
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 23. Feb 2012 20:29 Titel: |
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Naja, also der Massendefekt beschreibt das - ich sage mal Phänomen - dass ein Molekül weniger wiegt als dessen Nukleonen einzeln addiert - also quasi das ein Tisch der aus einer Platte (2kg) und 4 Beinen (je 500g) 3kg wiegt
dies ist mit der relativistischen Physik zu erklären - und zwar dadruch das durch die benötigte Bindungsenergie ein Masseverlust aufgrund
 "entsteht"
Gruß
EDIT: ich kann nicht mehr, würde mich total drüber freuen wenn
du mir die richtigen formel verrätst - damit ich morgen in der prüfung im fall des falles nicht blöd aus der wäsche schau
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MI
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| MI Verfasst am: 23. Feb 2012 21:25 Titel: |
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Richtig. Jetzt steht da:
"Massendefekt pro Spaltung 0,0001 mu". Damit kann ich wenig anfangen - ich gehe jetzt davon aus, dass das mu eigentlich ein u (atomare Masseneinheit) sein soll, kann das sein?
Dann würde sich die Frage stellen: Wie viele Spaltungen kann man mit einem kg Uran erzeugen?
Wenn du das hast und dir überlegst, wie der Massendefekt jetzt definiert ist, dann müsstest du zur Antwort gelangen!
Gruß
MI |
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Phantasie>Wissen
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| Phantasie>Wissen Verfasst am: 29. Feb 2012 17:17 Titel: |
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So - etwas verspätet aber Rückmeldung möchte ich auf jeden Fall nochmal geben - Prüfung verlief gut, Ergebniss kriege ich am Freitag (Edit: 12/15 pkte)
Vielen Dank nochmal für die freundliche Unterstützung - sehe das als keine Selbstverständlichkeit - es hat mir vermutlich 10 mal mehr gebracht wie ein Nachhilfelehrer
Hoffe Leute welche nach mir sich mit diesen Stoff auseinander setzen dürfen, finden hier die gesuchte Hilfe
Gruß
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Zuletzt bearbeitet von Phantasie>Wissen am 13. März 2012 13:44, insgesamt einmal bearbeitet |
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MI
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| MI Verfasst am: 01. März 2012 00:32 Titel: |
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Schön, dass es ganz gut verlaufen ist (dein letztes Edit in deinem Post hatte ich nicht gesehen, deshalb gab's keine Formel)
Man freut sich immer über Rückmeldungen.
Gruß
MI |
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