Experiment zum Navigationssystem

Fly · Anmeldungsdatum: 10.10.2006 Beiträge: 2

Hey Leute

,
ich muss - wie alle 12er in BaWü - 3 GFS machen. Da ich mir eine in Physik ausgesucht habe, bin ich hier gelandet. Eines der vorgeschlagenen Themen des Lehrers war "Navigationssystem". Ich finde, dass man dazu relativ viel sagen kann. Aussichten für die Zukunft, wie funktioniert das etc.

Aber: In Physik ist es Pflicht, ein Experiment vorzuführen. Dabei darf man natürlich nicht ein Navi-System anschalten und sagen "Seht her, es funktioniert tatsächlich". Allerdings fällt mir kein einziges vernünftiges Experiment ein.

Habt ihr vielleicht Vorschläge, Ideen oder sogar schon Mal solch ein Experiment durchgeführt?

Wäre wirklich dankbar, wenn ihr mir helfen könntet!!!

Nikolas

Du könntest doch z.B. mal so eine Messung simulieren. Nimm dir drei Punkte im Raum und trage die in ein Koordinatensystem ein. Dann nimm einen vierten und messe die Abstände, rechne etwas rum und zeige dann, dass es funktioniert hat. Die Rechnung könnte recht interessant sein, da du hier den Schnittpunkt dreier Kugeln ausrechnen musst, vielleicht mehrere Lösungen bekommst, die du dann diskutieren musst, usw. Dürfte auch grob 15min dauern, wodurch deine GFS schon zur Hälfte gefüllt ist.
Und meiner Meinung nach, ist dieses Verfahren, das wichtigste bei dem Projekt, der Rest mit der praktischen Umsetzung wird etwas zu hoch für die 12. sein.

Fly · Anmeldungsdatum: 10.10.2006 Beiträge: 2

Hey,

leider versteh ich das nicht so ganz. Kannst du den Abschnitt genauer erklären?

Nikolas

Was verstehst du denn nicht? Für eine Positionsbestimmung im Raum brauchst du drei Punkte und deinen Abstand zu ihnen. Jetzt denkst du dir um jeden eine Kugel deren Radius dem Abstand zwischen dir und dem jeweiligen Punkt entspricht. Dort, wo sich die Kugeln schneiden, ist dein Aufenthaltspunkt.

armchairastronaut · Anmeldungsdatum: 15.12.2006 Beiträge: 30 Wohnort: Keulen

beim GPS musst du sogar 4 Satelliten im "Sichtfeld" haben

Nikolas

Und warum?

armchairastronaut · Anmeldungsdatum: 15.12.2006 Beiträge: 30 Wohnort: Keulen

das weiß ich leider auch nicht genau. Vermutlich ist das System einfach so eingerichtet, dass immer vier Satelliten von jedme Punkt der Erde "eingesehen" werden können, damit (a) die Positionsbestimmung noch funktioniert, wenn einer von ihnen mal einen Defekt hat oder (b) das Ergebnis der drei MEssungen durch eine vierte bestätigt werden kann.

Für das Schulexperiment reicht es natürlich vollkommen aus, mit drie Messungen zu arbeiten. Es gibt aber vielleicht einen Sonderpunkt, wenn man das noch nebenbei erwähnt.

WalkerInDarkness · Anmeldungsdatum: 18.09.2005 Beiträge: 10

Ich weiß nicht, ob du in einer GFS so tief gehen willst aber die Relativitätstheorien (spezielle und allgemeine) spielen beim GPS auch eine entscheidende Rolle.
Die Sateliten bewegen sich schneller, als "erfasste Ziele" auf der Erdoberfläche. Außerdem liegen sie viel höher im Gravitationsfeld. Also muss beachtet werden, dass bewegte Uhren langsamer laufen und Uhren die höher in einem Gravitationsfeld liegen schneller.
Den vierten Sateliten braucht man, weil vier Koordinaten zur genauen Lokalisierung notwendig sind: Drei Raumkoordinaten und eine in der Zeit. Das Thema ist echt interessant. Ich bin mir auch nichtmehr genau sicher, wie das ganze funktioniert aber ich hab noch ein Buch mit nem Kapitel drüber rumliegen. Werde wohl mal wieder reinlesen ;-)
Aber wie gesagt: Überleg dir genau ob du es dir in der 12. so schwer machen willst, indem du die Relativität mit einbeziehst.

Gruß
Benny

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das Thema hatten wir neulich schon mal hier:

http://www.physikerboard.de/ptopic,36682,vierten+satelliten.html#36682

Den vierten Satelliten braucht man, damit im GPS-Empfänger keine supergenaue Atomuhr benötigt wird. Dann kann man aus den Zeitsignalen der vier Satelliten die Information über drei Raumkoordinaten und eine Zeitkoordinate gewinnen, wie WalkerinDarkness schon gesagt hat.

Die Effekte der Relativitätstheorie hat man beim GPS-System locker im Griff: Man berechnet einfach vorher, wie groß sie sein werden, und dann stellt man stellt die "Tickgeschwindigkeit" der Atomuhren unten vor dem Start einfach so ein, dass sie später oben in den Satelliten richtig gehen.

Deshalb halte ich es für übertrieben, die Effekte der Relativitätstheorie als entscheidend für das GPS zu bezeichnen, ich würde einfach sagen, sie sind eines von vielen Details, die man berücksichtigt, damit das ganze gut funktioniert.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Vielleicht schaffst du es ja, das Prinzip der Ortsbestimmung mit einem Schall-Experiment zu zeigen:

Ich finde, da reichen zunächst zwei Uhren und eine (lange!) Verbindungsstrecke dazwischen.

Beide Uhren ticken regelmäßig, sagen wir mal, einmal pro Sekunde. Das Tickgeräusch der beiden Uhren habe unterschiedliche Tonhöhen (oder einen deutlich unterschiedlichen Klang) und sei so laut, dass man es gut entlang der ganzen Strecke hören kann.

Vielleicht kannst du zum Beispiel von deinem Musiklehrer oder deiner Musiklehrerin zwei Metronome ausleihen, die laut genug ticken.

Wenn du jetzt die beiden Uhren so einstellst, dass sie genau gleichzeitig ticken, wenn sie beieinander stehen, und sie dann weit voneinander entfernst (Wie groß ist euer Physikraum? Oder der Gang eurer Schule? Probier mal, ob du eine geeignete Strecke von am besten 30 m oder mehr findest!), dann hören diejenigen, die näher an Uhr 1 stehen, den Tick der Uhr 1 immer vor der Uhr 2, und diejenigen bei Uhr 2 hören den Tick von Uhr 2 immer vor dem Tick von Uhr 1. (Vielleicht kann sich ja die ganze Schulklasse auf der Linie zwischen den beiden Uhren aufstellen, und dann sollen sich die melden, die die Uhr 1 früher hören, dann die, die die Uhr 2 früher hören, dann die, die beide Uhren gleichzeitig ticken hören.)

Das heißt, am Ankunftszeitpunkt der beiden Signale kann man hören, wo zwischen den beiden Uhren man sich befindet: Näher an Uhr 1 oder näher an Uhr 2.