Definition von Meter und Sekunde

tine · Gast

hey leute,
könnt ihr mir helfen?
muss bis freitag meinem physiklehrer erkären, was n meter und ne sekunde eg sind... erklärungen im physikbuch sind mir ehrlich gesagt zu komplex. kann mir jemand eine korrekte aber einfach definition von meter und sekunde geben?? wär echt toll...
bye tine

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Liebe tine,

als ersten Schritt auf deinem Weg zum besseren Verständnis der
physikalischen Einheiten Meter und Sekunde fasse bitte mal zusammen,
was Du in deinem Buch gefunden hast und sage uns dann, was Du nicht
verstehst. Dann ist es für uns einfacher dir zu helfen.

Nikolas

- Bitte benutzt auch mal die Groß/Klein-Schreibung!!! Etwas mehr Mühe beim Verfassen der Beiträge wär auch nicht schlecht, oder?

Nun zur Frage: Hier gibt's eine Linksammlung: und zwar hier.
Echt komisch, dass zu deinem Lehrer das erklären musst. Eigentlich müsste er so was wissen. grübelnd

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

Soweit ich weiß, gab´s hier mal einen Thread über SI-Einheiten.

Sekunde ist definiert durch eine bestimmte Anzahl von Übergängen im Atom, die Lichtgeschwindigkeit ist definiert, das Meter kann man dann ausrechen. Es ist inzwischen nicht mehr durch den Platinstab in Paris definiert. Guck mal bei Wikipedia.

Tine · Gast

Also erstmal ein großes Dankeschön, dass ihr euch mit meinem Problem beschäfftigt habt und extra für Toxman werde ich auch auf GROß- und kleinschreibung achten. Menschen machen nun mal Fehler.
Was in meinem Buch steht, kann ich im Moment nicht sagen, da ich es in der Schule im Spinnt gelassen habe. Wisst ihr, es ist nur so, dass die Erklärung im Buch einfach die Sprache der Physiker spricht und die ist für mich Normalsterblichen halt zu schwer... und der Physiklehrer will einfach erreichen, dass wir uns das selbst erklären können und das noch an der Tafel, also eine Art Abfrage. Ich werde euch morgen, wenn ich es nicht vergesse, die korrekte Definition mal geben.

Bis dann
bye, Tine

Nikolas

Groß/KleinSchreibung: Das waren Fehler? Bei einer Fehlerquote von 100% ??

Zu den Definitionen: Hast du mal den Link in der Linksammlung angeschaut? Da wird genau erklärt, was ein Meter oder eine Sekunde ist.

Tine · Gast

Hey Leute,
habe die Definition gefunden für beide Konstanten. Für das Meter: Das Meter ist die Länge der Strecke , die Licht im Vakuum während der Dauer von (1/299792458) Sekunde durchläuft.
Also bis zu (1/299792458) ist alles klar... was bedeutet diese Klammer? Intervall-lalala? Was ist ein Intervall?
So jetzt die Sekunde: Die Sekunde ist das 9192631770-facher Periodendauer der den Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturnivaus aus Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechend stre...( konnte ich nicht lesen)
Die Definition für das Meter ist mir wichtiger als für die Sekunde. Eines von beiden reicht.

Bis Bald
bye, Tine

Nikolas

Ein Intervall ist (hier) eine Zeitdauer. Um einen Meter zu messen, nimmst du dir eine (gute) Stoppuhr und einen Laser im Vakuum. Du schaltest den Laser an und startest gleichzeitig die Uhr. Nach 1/ 299... sekunden schaust du wo grad das Licht ist und du hast deinen Meter.
Natürlich gibt es na noch ein paar Probleme, z.B. wo du so eine Stoppuhr hernbekommst, oder wie du genau weisst wo der Lichtstrahl ist, aber so die Idee müsste klar sein.

Deswegen kann man auch die Lichtgeschwindigkeit so genau angeben:
Die beträgt nämlich 299792458 m/s.

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Hallo Tine Wink

,

euer Lehrer ist aber ein harter Knochen. Der läßt euch wohl auch schon mal
schwitzen und selbst nachdenken. Das gefällt mir allerdings sehr gut Big Laugh

!!

Die Definition der Sekunde, die Du in deinem Physikbuch gefunden hast, ist in
der Tat alles andere als einfach zu verstehen. Wenn es denn soweit kommt, daß
Du vor der Klasse erkären sollst was eine Sekunde ist, dann kannst Du es zunächst
mal mit einer leichter verständlichen Definition versuchen. Denke dabei daran,
daß die Erde sich um die Sonne bewegt und das die Erde für einen Umlauf um die
Sonne für menschliche Verhältnisse immer die gleiche Zeit braucht, nämlich (Du ahnst
es schon) genau 1 Jahr. Wenn ich mich mit dir verabreden würde, sagen wir zu einer
Plauderei hier im Physikerboard, dann wäre es allerdings ziemlich unpraktisch, wenn
wir uns auf 0.75643 Jahre nach dem letzten Durchgang der Erde durch den
sonnenächsten Punkt ihrer Umlaufbahn einigen würden. Stattdessen unterteilen wir
das Jahr in 365 Tage, die Tage wiederum in 24 Stunden, die Stunden in 60 Minuten
und die Minuten in 60 Sekunden. So kommen wir zu praktischen Zeitangaben die unseren
menschlichen Bedürfnissen gerechter werden. Wissenschaftler haben in ihren Experimenten
allerdings andere Anforderungen an Genauigkeit als die Menschen in ihrem Leben.
Deswegen haben Physiker der Sekunde eine Definition gegeben, die diesen Anforderungen
genügt und dem aktuellen Wissensstand der Physik angemessen ist.

Lange Rede kurzer Sinn: Es macht Sinn, in einem ersten Schritt die Sekunde als den
365*24*60*60=31.536.000 Teil eines Jahres, d.h der Umlaufdauer der Erde um die Sonne
zu definieren.

Du mußt allerdings zugeben: Darauf hättest Du auch von selbst kommen können, oder?

Ich nehme mal an, daß euer Lehrer genau das provozieren wollte, nämlich euch zum
Nachdenken über so scheinbar einfache Dinge wie Länge und Zeit bringen wollte. Das
sind ja Begriffe die im täglichen Leben immer wieder auftreten, über die man sich
allerdings keine Gedanken macht, weil man a) daran gewöhnt ist und b) Besseres zu
tun hat.

Eine genauere Erläuterung der Definition für Sekunde, so wie sie in deinem Buch steht
will ich hier nicht versuchen. Das würde zu weit führen, dafür ist dein Lehrer zuständig.
Allerdings könntest Du darauf bestehen, das er der Klasse diese Definition so weit wie
möglich erklärt. Dafür wird er schließlich bezahlt.

Gruß von Bruce.

P.S.
Falls Du weitere Fragen dazu hast, nur keine Hemmungen!

Nikolas

@ Bruce: Nur leider ist die Sekunde nicht als Bruchteil der Umlaufdauer definiert. Das darf sie dann auch nicht vor der Klasse so erzählen. Die exakte Bedeutung der Definition kann dein Lehrer nicht verlangen, da gehören schon gute Kenntnisse von Atomphysik dazu. Das Hier wird dir sicher noch helfen.

[Anderer Ansatz: Eine Sekunde ist die Zeit, die das Licht braucht, um 1/299792458 m zurückzulegen. Big Laugh

]

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

@Toxman
Die Definition der Sekunde hat sich mit der Zeit erheblich verändert.
Vor zweihundert Jahren war es doch naheliegend eine Definition
zu verwenden, die meinem Vorschlag in etwa entspricht. Das soll
ja nur ein erster Schritt zum Verständnis der aktuellen Definition
sein und nicht über das hinausgehen, was Tine-Physiknormalverbraucher(in)
verkraften kann.

Gruß von Bruce.

Nikolas

Aroganter Hai. Klar, dass sich die Definitionen und Auffassungen von Zeit geändert haben, aber wenn es um die Definition geht, dann ist damit doch eher die aktuell gültige gemeint. Ich verstehe die Sek-Definition auch nicht vollständig und dass obwohl ich jetzt in der 13 mit Ph-Lk bin und mich auhc sonst häufig mit der PHysik auseinandersetze.

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

@Toxman

Ich zitiere mal aus einem von Tines Beiträgen:

Wisst ihr, es ist nur so, dass die Erklärung im Buch einfach die Sprache der Physiker spricht
und die ist für mich Normalsterblichen halt zu schwer...

Ist es falsch, wenn ich Tine als Physiknormalverbraucherin bezeichne
und deswegen mich darum bemühe, allgemeinverständlich zu bleiben?

Du darfst mich ruhig als arroganten Hai bezeichnen, aber nicht wegen
meiner Aussagen in diesem Thread. Das wäre an anderer Stelle passender gewesen.

Gruß von Bruce.

Jy Argon · Anmeldungsdatum: 26.05.2004 Beiträge: 6

Hi

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Hi Jy Argon Wink

,

klar hat Kienzle noch Fragen!!

Was meinst Du, wenn Du schreibst

ok wir haben zwei Niveaus : irgendetwas braucht eine Zeit (Periodendauer)
um von dem einen zum andern Zustand (Niveau) zu wechseln. Und genau diese
Zeit multipliziert mit dem Faktor ergibt eine Sekunde. grübelnd

Wieso ist die Zeit für den Übergang vom Zustand 1 in den Zustand 2
gegeben durch die Frequenz des emittierten Photons? Wir wissen, daß ein
Atom ein Photon aus einem Strahlungsfeld (die resonante Mode in der Atomuhr),
absorbiert, um aus dem Zustand 1 in den Zustand 2 zu gelangen. Aber
wie lange dauert es, bis von einem gegebenen Atom ein Photon aus dem
Strahlungsfeld absorbiert wird? Muß man das nicht genau voraussagen können,
damit deine Erklärung für das Frequenznormal zutrifft und muß diese Zeit nicht
für jedes Atom die gleiche sein?

Ich bin als Physiker zwar in Atomphysik und Quantenmechanik vorgebildet,
aber ich habe da längst nicht alles begriffen. Kannst Du mir da ein wenig
auf die Sprünge helfen?

Gruß von Bruce

P.S.
Ich halte mal den Ball flach, sonst kriege ich wieder Streß mit Toxman Augenzwinkern

.

Gast

Nichteingeloggter Jy Argon ließt die Frage und denkt........

Bitte Warten

Bitte Warten

Ohne jetzt mit dem Denken fertig zu sein, kann es sein das ich einen Fehler gemacht habe.

Die Dauer des Übergangs hat erstmal nix mit der Frequenz des Übergangs zu tun. (Es gibt zwar eine Verknüpfung, aber es gilt nicht A ist gleich B)
Es kann sein das hier eine verkürtzte, falsche Darstellung vorliegt.
Grüß Jy

Gast

Ok
ich habe jetzt alles gelesen. Aus meinem Post geht hervor, daß die Zeitdauer der Aufnahme einer bestimmten Energie, die notwendig ist für den Übergang von niveau 1 (des Hyperfein....blabla) das entscheidende Maß ist. Das stimmt nicht. Aus der Definition geht hervor, das eine Strahlung (also eine EM-Welle) die Sekunde definiert. Das heißt die Periodendauer oder Frequenz mit dem vorgegebenden Faktor multipliziert ergibt eine Sekunde.
Und die Strahlung auf die wir uns für die Definition beziehen ist die Strahlung, die eben dieser Übergang zw. den Hyperfeinnivausdes Nuklids 133Cs abstrahlt. Was da nun wirklich strahlt habe ich nie geklärt und würde ich auch nie wagen, weil ich nicht weiß was ein Hyperfeinniveau ist. Aber das ist auch nicht nötig zum Verständnis der Definition.

@Bruce: als Physiker hättest du diesen Fehler ruhig erklären können. Denn das was ich da geschrieben haben, beruht auf dem Textverständnis und hat granix mit Physik zu tun. Ich habe zum Verrecken (habe ich das wirklich geschrieben (böser Jy)) keine Ahnung was eine Hyperfeinniveau ist.

LG
Jy

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

@Jy Argon
Ganz schön keck von dir! Aber das war schon in Ordnung, auch wenn Du längst
nicht alle Einzelheiten verstanden hast. Ein bischen "Mut zur Lücke" schadet nicht Big Laugh

.
Aber Du kannst dir sicher sein: Ich habe auch nicht alles verstanden.

Ich glaube nun ist der Zeitpunkt gekommen, an dem der Begriff Atomuhr etwas genauer
erklärt werden sollten.

Ich bin kein Fachmann für solche Fragen und wer es noch genauer und detaillierter
wissen will, der kann sich an die Physikalisch-Technische-Bundesanstalt in Braunschweig
wenden, dort gibt es ausgewiesene Fachleute, die sich bestens in der Thematik auskennen.
Natürlich könnt ihr auch den Internetauftritt der Braunschweiger studieren, denn daher
habe auch ich meine Informationen.

Zunächst nochmal die aktuelle Definition der Sekunde:
Die Sekunde ist das 9.192.631.770 fache der Periodendauer des Photons, das beim Übergang
zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes des Nuklids 133Cs emittiert
bzw. absorbiert wird.

Soweit so gut! Und wie funktioniert nun eine Uhr, deren Taktgeber mit der Frequenz
des Strahlungsüberganges aus der obigen Definition der Sekunde schwingt? Das verrät
die Definiton in keiner Weise und ohne eine solche Uhr konstruieren zu können hat
man nichts davon. Die fragliche Uhr nennt man Atomuhr und der Taktgeber ist letztlich
ein Mikrowellengenerator, der auf eine bestimmte Frequenz eingestellt wird. Entscheidend
ist hierbei, wie man diese Frequenz findet und das diese für lange Zeit sehr stabil
gehalten werden kann. Man benutzt Atome des 133Cs Nuklids und regelt die Frequenz
des Mikrowellengenerators so ein, daß möglichst viele der Atome eines 133Cs Gases
in einem Hohlraumresonator durch Wechselwirkung mit dem Mikrowellenfeld aus dem tiefer
liegenden Hyperfeinniveau in das höherliegende angeregt werden. Die (Resonanz)Frequenz
ist gefunden, wenn die Zahl der Übergänge maximal geworden ist. Durch einen Regelmechanismus
hält man diese Frequenz und eine Sekunde ist dann nach 9.192.631.770 Schwingungen des
Mikrowellengenerators vergangen.

Für weitere Einzelheiten schaut euch bitte das Angebot der PTB im Web an!

So, nun habe ich mal versucht, ein paar wesentliche Aspekte zum Verständnis der Atomuhr
mit eigenen Worten wiederzugeben. Das war sicher nicht perfekt, aber mir ist nun etwas
klarer, wie so ein Ding funktioniert.

Zum Verständnis der Atomuhr muß man den Begriff Hyperfeinniveau nicht in allen Einzelheiten
verstanden haben. Letzlich verbirgt sich dahinter die Aufspaltung der Energieniveaus der
Elektonenhülle eines Atoms, die durch die Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Moment
des Atomkerns und den magnetischen Momenten der Elektronen zustande kommt. Entscheidend ist
aber das man weiß, daß beim Übergang zwischen zwei Energieniveaus elektromagnetische Strahlung
(im Fall der 133Cs Atomuhr magnetische (Dipol oder Quadrupol?) Strahlung) in Form eines Photons
absorbiert oder emittiert wird. Die Hyperfeinaufspaltung ist im Vergleich zu den Differenzen
zwischen den Enerieniveaus des Wasserstoffatoms (dürfte vielen Schülern bekannt sein) sehr viel
kleiner (etwa Faktor 100-1000). Deswegen faßt man die beiden niedrigsten Energieniveaus der
133Cs Elektronenhülle zu einem Grundzustand zusammen und spricht von der Hyperfeinaufspaltung des
Grundzustandes.

Ein Hohlraumresonator ist auch nichts geheimnisvolles. Dahinter verbirgt sich ein von einer
leitenden Hülle (z.B. aus Metall) umschlossener Raum (Hohlraum), in dem eine stehende
elektromagnetische Welle existieren kann. Die Feldverteilung der stehenden Welle hängt von der
Form des Hohlraums ab und die erlaubten stehenden Wellen heißen auch Resonanzmoden des Hohlraumes.
Die 133Cs Atome der Atomuhr durchlaufen in einem Hohlraumresonator das stehende elektromagnetische
Feld und absorbieren daraus bei passender Frequenz Photonen für den Übergang zwischen den Hyperfeinniveaus
des Grundzustandes der Elektronenhülle. Das praktische an dem Hohlraumresonator ist, daß man in einem
gewissen Frequenzbereich die Frequenz der stehenden Welle frei wählen kann. Deswegen ist es möglich,
die stehende Welle auf die (Resonanz)Frequenz für die Anregung der 133Cs Atome einzustellen.

Das habe ich mir jetzt auf der Basis meiner Physikkenntnisse aus dem Studium zusammengedichtet
und ich hoffe, es ist euch fürs erste Verständnis nützlich.

Sachliche Kritik und Anregungen sind willkommen, weitere Fragen natürlich auch.

Gruß von Bruce.

Tine · Gast

Liebe Leute,
ganz ehrlich: ich war mutig genug mir die ganze Seite bis zum Schluss durchzulesen, obwohl ich wusste, dass ich noch nicht einmal die Hälfte verstehen würde, aber macht nix... Mit Stolz kann ich euch sagen, dass ich jetzt ein ungefähres Bild von einer Sekunde und einem Meter habe, was ich eg nur euch zu verdanken habe!! Ich hätte nie gedacht, dass es noch solche informativen Internetseiten gibt, die einem wirklich helfen können.
Heute war ja der Tag der Tage, wurde zwar leider nicht drangenommen, aber ich habe jetzt herausgefunden, woraus hinaus unser Physiklehrer eg wollte. Er wollte nur, dass wir einsehen, dass Meter und Sekunde von ihren Definitionen her abhängig voneinander sind.
Er erkärte uns das mit der Sekunde in etwa so, dass diese Hyperfeinstrukturnivaus eine gewisse Ähnlichkeit mit zwei Wellenbergen auf einer ruhigen Wasserfläche haben (ihr wisst, wenn ihr einen kleinen Stein in einen See werft) und von einem Wellenberg bis zum anderen dauert es 1 Sekunde. Er hat sich sehr viel Mühe gegeben, damit wir uns diese Dimension in etwa vorstellen können. Es geht auch nicht umbedingt darum, dass nun dieses Gleichnis 100% korrekt ist. Ich fand es jedenfalls klasse, dass sich so viele Leute damit beschäfftigt haben.
Ich komme wieder! Schönes Wochenende!
Bye, Tine

Jy Argon · Anmeldungsdatum: 26.05.2004 Beiträge: 6

Man freut sich geholfen zu haben

Julian · Gast

Ich muss zu morgen mein Referat verstanden haben ;C das hier hat mir zwar geholfen, jedoch irgendwie blicke ich immernoch net durch mit diesem hyperfeinniveau; / das echt ne harte sache ...naja ich werde mir eure antworten noch ein paar mal durchlesen und versuchen es zu verstehen Hilfe

bis dahin

....

cucu^^