Manfred Amann
26.04.2005

Die Einsteinsche Zeitdilatation

Ausgehend von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit veranschaulichen interaktive Java-Applets zur Lichtuhr und zu einem fiktiven Flug von der Erde zum Pluto den Einfluss der Geschwindigkeit auf die Zeit.
 

Die beiden Relativitätstheorien gelten als die bedeutendsten Arbeiten von Albert Einstein. Vermutlich können aber nicht sehr viele Physiklehrerinnen und -lehrer von sich behaupten, diese Theorien im Kern wirklich "verstanden" zu haben (was auch immer "Verstehen" in diesem Zusammenhang bedeuten mag). Dennoch ist es sogar im fortgeschrittenen Mittelstufenunterricht möglich, einzelne Aussagen auf einer sehr elementaren Ebene herzuleiten und ihre Relevanz aufzuzeigen. Die Spezielle Relativitätstheorie - Einfluss der Geschwindigkeit auf Raum und Zeit - ist dabei (in Teilen) mathematisch einfacher aufgebaut als die "gravitationsbeherrschte" Allgemeine Relativitätstheorie. Bereits im Unterricht einer 10. Klasse kann daher zum Beispiel die Zeitdilatation unter der Vorgabe einer konstanten Lichtgeschwindigkeit rechnerisch hergeleitet und durch Java-Applets in motivierender Weise veranschaulicht werden.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • ohne experimentellen Beweis akzeptieren, dass die Lichtgeschwindigkeit für jeden Beobachter konstant ist (vor dieser Situation standen zunächst auch viele Naturwissenschaftler zur Zeit der Veröffentlichung der Relativitätstheorie).
  • aus der vorgegebenen Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in Verbindung mit geometrischen Überlegungen eine Gleichung für die Zeitdilatation herleiten (kann auch durch die Lehrerin oder den Lehrer vorgegeben werden).
  • durch Anwendung dieser Gleichung die Auswirkung der Zeitdilatation erkennen und feststellen, dass diese bei "normalen" Geschwindigkeiten äußerst gering ist.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaDie Einsteinsche Zeitdilatation
AutorManfred Amann
FachPhysik
Zielgruppeab Klasse 10
Zeitraum1-2 Stunden
Technische VoraussetzungenComputer in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit), Internetanschluss, Java Runtime Environment, aktiviertes JavaSkript

Didaktisch-methodischer Kommentar

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Zusatzinformationen

Links

Literatur

  • Gerald Kahan
    Einsteins Relativitätstheorie zum leichten Verständnis für jedermann
    2004 Dumont-Verlag (Nachdruck)
    ISBN 3-8321-1852-7
    Kahans Buch ist besser als so manche aktuelle Einsteinjahr-Literatur und sehr gut für interessierte Schülerinnen und Schüler mit mathematischen und physikalischen Grundkenntnissen geeignet.
  • Nigel Calder
    Einsteins Universum
    1980 Umschau-Verlag, Lizenzausgabe Deutscher Bücherbund
    Auch dieses Buch stellt in seinen Veranschaulichungen nach meinem Empfinden einen Großteil der aktuellen Einsteinliteratur in den Schatten, ist aber leider nur noch antiquarisch erhältlich, zum Beipsiel über amazon.de.

Informationen zum Autor

Manfred Amann unterrichtet Chemie und Physik an einer beruflichen Schulen in Baden-Württemberg. Er ist Autor des Buches "Chemie für Kids" (bhv-Verlag) und Administrator der Schulchemie-Website.

  • Mehr Infos im Autorenverzeichnis
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