Relativitetsteori

Inspiration til undervisningen i relativitetsteori.
relativitetsteori

Generel relativitetsteri: Masse fortæller rumtiden hvordan den skal ændre sig. Rumtiden fortæller masse hvordan denne skal bevæge sig.

Relativitetsteorien er nu over 100 år gammel og bør som en naturlig ting inddrages i den moderne fysikundervisning. GPS systemet virker fx ikke uden relativistiske korrektioner. Det kan lade sig gøre at inddrages relativitetsteori på mange måder, fra det beskrivende, kvalitativt orienterende på fysik C over beregninger af fx tidsforkortelsen i en simpel model på fysik B til forståelse af den gravitationelle rødforskydning eller relativistiske kollisioner på fysik A.

Her gives en række eksempler på hvordan relativitetsteori kan inddrages i fysikundervisningen, men en standardforløb med lidt relativitetsteori kunne være:

Omfang: 6-8 moduler a 1,5 timer, kan gennemføres på både B og A-niveau.

Formål: At forstå de grundlæggende relativistiske effekter, og se at de relativitetsteorien har direkte indflydelse på vor hverdag (fx GPS og  navigation).

Introduktion og baggrund: Kendskab til energi, Newtons love, gerne impuls (klassisk) og fotonens energi.

Gennemførelse: Med udgangspunkt i inspirationsmaterialet introduceres Galileitransformationen ((t,x)-er tilstrækkeligt). Hastighedsaddition i Galileitransformationen . Einsteins postulater som grundlaget for den specielle relativitetsteori (lysets fart konstant i alle inertialsystemer og de fysiske love uafhængige af det valgte inertialsystem). Udledning af Lorentz-transformationen ((t,x) er tilstrækkeligt). Gammafaktoren forklares. Udledning af tids- og længdeforkortelsen samt hastighedsaddition i Lorentztransformationen. Eventuel udledning af formel for relativistisk masse (men kan postuleres vha analogi). Relativistisk kinetisk energi og samlet energi (E= mc2). E-p-relationen relativistisk. Kvalitativ (evt. kvantitativ) diskussion af Einsteins ækvivalensprincip. Dopplereffekt klassisk. Doppereffekt relativistisk (smuk udledning findes i "Fysikkens Spor"), gravitationel rødforskydning (se også "Fysikkens Spor"). GPS og relativistiske effekter (se særskilt modul om dette og tilhørende opgave). 

Opfølgning: Relativistiske stødprocesser, hvis det skal gå videre. Se modulerne om Universets byggesten.

Produceret i samarbejde med

Centre for Undervisningsmidler

Centre for Undervisningsmidler har ansat 30 fagredaktører med solidt kendskab til pædagogik og undervisning til at udvikle fagsiderne til de gymnasiale uddannelser på EMU (STX/HF). Fagsiderne udvikles og vedligeholdes i samarbejde med de faglige foreninger og Undervisningsministeriet.

Se mere om samarbejdet her.

CFU findes også på EMUen. Siderne vedligeholdes af CFU selv - se her. Her kan skolerne søge information om landsdækkende aktiviteter, ligesom man kan finde CFU-centrenes lokale websites.

cfu-v1.png

Relaterede filer

Albert Einsteins fine lille bog fra 1916. Omhandler både den specielle og generelle relativitetsteori.

Relaterede links

Originalartiklen fra 1905 i engelsk oversættelse. Frisk og klar, som var den skrevet i år.
Noter af Mogens Dam, NBI. Anvendes ved 1. års undervisningen på fysik, KU.
Meget udførlig og omfattende - mere end 500 sider - gennemgang af relativitetsteori, både den specielle og den generelle. Her kan man finde emner, som ikke ofte findes på andre og mere overfladiske websteder om relativitetsteori.
Interessant Wikipediartikel, herunder om Merkurs periheldrejning.
Rigtig fin ressource med svar på mange af de kendte paradokser
Websted der supplerer en to-timers TV udsendelse fra 1998 om Einstein. Godt materiale som introduktion til Einstein, hans liv og videnskab. Lettilgængeligt. Indeholder kortere essays om Einstein, links videre, billeder m.m.
En række meget imponerende MPEG film af en tur til Saturn med en hastighed nær lysets, Jorden passeret med en 99,9 % af lysets hastighed, en NaCl krystal gennemløbet med 95% af lysets hastighed og Brandenburger Tor og Eiffeltårnet passeret med hastigheder nær lysets. MPEG-filmene er 0,5 - 3 MB store. Udgiver: Stuttgart University, Institute for Visualization and Interactive Systems
Simulering af forskellige eksperimenter udført relativistisk. Foruden det det fysiske rum vises et rum-tid diagram for de deltagende objekter og observatoren. Udgiver: California Institute of Technology
En meget omfattende samling af Einsteins skrifter i digital form. Her er tale om både videnskabelige og andre skrifter. God søgefunktion. Velegnet for læreren der vil søge til kilden eller til evt. samarbejde med tysk eller engelsk. Udgiver: Einstein Papers Project, California Institute of Technology
Glimrende websted, som giver en introduktion til den specielle relativitetsteori. Gode forklaringer og gif-animationer, der viser f.eks. de grundlæggende postulater, de kendte paradokser, tidsforlængelse, længdekontraktion og Lorentz-transformation. Passende til gymnasieniveau. Udgiver: University of Colorado, Andrew Hamilton .