Frage von haaaallo345, 112

Ich muss eine Hausarbeit über die Relativitätstheorie schreiben. Nun bleibe ich hier hängen. Welche Verwendung hat die Relativitätstheorie?

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Astronomie, Physik, Universum, 56

Hallo haaaallo345,

als erstes muss ich Dich fragen: Über WELCHE Relativitätstheorie geht denn Deine Hausaufgabe?

Es gibt 2 - die Spezielle Relativitätstheorie und die Allgemeine Relativitätstheorie.

Bei der SRT geht es um relativ zueinander gleichförmig bewegte Objekte und Beobachter.

Wichtig zu wissen: Einsteins Überlegungen kamen aus der Richtung der Elektrodynamik. Die Arbeit heißt "Von der Elektrodynamik bewegter Körper". Das wird heute oft vergessen, weil jeder, der über die SRT spricht, immer nur über sehr schnelle Raumschiffe spricht.

Tatsächlich erklärt die SRT und ihre Überlegungen darin auch, warum es eigentlich Induktion gibt. Induktion gibt es, wenn sich ein geladenes Teilchen durch ein Magnetfeld bewegt. Es geht hier also auch um Effekte, die gar nicht erst bei hohen Geschwindigkeiten auftreten.

Denk Dir eine Ladung, die in Deinem Bezugssystem ruht. Sie erzeugt ein elektrisches Feld, aber kein magnetisches Feld. Ein relativ zu Dir gleichförmig bewegter Beobachter sieht eine bewegte Ladung - und damit ein elektrisches und ein magnetisches Feld, denn bewegte Ladungen erzeugen Magnetfelder.

In Einsteins ursprünglicher Arbeit geht es auch um diesen Effekt und wie das zusammenpasst.

Die SRT steckt entsprechend zumindest indirekt in allen technischen Anwendungen, die Induktion oder Lorentzkraft nutzen. Und damit zum Beispiel in sämtlichen Generatoren zur Stromerzeugung.

Darüber hinaus darf man Einsteins berühmtes E = m*c² nicht vergessen, das z.B. erklärt, warum bei bestimmten Kernreaktionen Energie frei wird (Massendefekt). Das nutzen wir bei der Kernspaltung und die Sonne bei der Kernfusion.

Die bekannten relativistischen Effekte bei hohen Geschwindigkeitenmüssen wir in Teilchenbeschleunigern wie dem LHC am CERN unbedingt berücksichtigen.

Da auch Satelliten sehr schnell unterwegs sind, müssen auch hier relativistische Effekte miteinberechnet werden, sonst würden Borduhren und Positionsbestimmung nicht annähernd so exakt arbeiten, wie wir es für diverse Anwendungen nun einmal brauchen.

Bei Satelliten und Raumsondenbahnen genügen die Effekte der SRT aber alleine nicht mehr. An dieser Stelle wird dannn auch die ART, die Allgemeine Relativitätstheorie wichtig.

Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt Bewegungen und Objekte in Gravitationsfeldern. Sie ist also eine Theorie der Gravitation.

Die ART benötigen wir neben den Satelliten- und Raumsonden (Spin-By-Manöver z.B.) auch bei bestimmten astronomischen Beobachtungen.

Die ART beschreibt zum Beispiel die Gravitationslinseneffekte, die wir heute u.a. benutzen, um Exoplaneten aufzuspüren. Auch eine Möglichkeit, die Hubble-Konstante zu bestimmen, beruht auf diesem Effekt.

Und nicht vergessen sollte man, dass die moderne Kosmologie, also unser Wissen über das Universum und seine Entwicklung seit dem Urknall, ganz wesentlich auf der ART beruht (ΛCMD-Modell).

Grüße

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 80

Die hat 2 Hauptanwendungsgebiete:

1. Große Dimensionen: Kosmologie, Astrophysik etc, also alles was mit dem Weltall und der Weltraumfahrt zu tun hat, kommt ohne RT nicht aus.

2. Kleine Dimensionen: alles, was mit Kernfusion oder Kernspaltung zu tun hat, kommt ohne RT ebenfalls nicht aus.

In den mittleren Dimensionen, also unserer Umwelt, spielt die RT keine große Rolle.

Antwort
von Ahzmandius, 74

Z.B. Ohne der Kenntnisse aus der RT könnten wir heute keine Satelliten betreiben.

Kommentar von ALEMAN2015 ,

Ich denke aber doch, dafuer ist die Newton-Mechanik voll ausreichend.

Kommentar von Ahzmandius ,

Nein. Es geht um Kommunikation mit den Satelliten etc. Durch die Zeitdilatation z.B. GPS-Systeme

Kommentar von uteausmuenchen ,

Ahzmandius hat ganz recht. Hier nachzulesen:

http://www.quantenwelt.de/technik/GPS/relativitaet.html

Kommentar von ALEMAN2015 ,

Auftretende Zeitdifferenzen bein GPS, fuer die es eine ganze Reihe von Ursachen gibt, werden laufend von den Boden-Kontrollstationen korrigiert. Die Kenntnis einer evtl. vorhandenen Zeitdilatation ist hier irrelevant.

Kommentar von Ahzmandius ,

LOL, was denkst du wie es den in Bodenstationen korrigiert werden. Durch Magie? Eher durch Kenntnisse und Berücksichtigung der RT ;-)

Kommentar von ALEMAN2015 ,

Die sog. Master Control Station in Colorado Springs synchronisiert die Satellitenuhren bis zu 3mal taeglich mit der GPS-Systemzeit einer Monitorstation. Die Korrekturen werden ueber Bodenantennen an die Satelliten uebermittelt. Die Ursache der Zeitungenauigkeiten spielt keine Rolle. Kenntnisse der RT sind bei diesem Ablauf nicht noetig.

Kommentar von uteausmuenchen ,

ALEMAN2015,

erzähle doch hier bitte dem FS nichts Falsches über die Relativitätstheorie, nur weil Du sie persönlich ablehnst. Das Problem hatten wir jetzt schön öfter...

Doch, natürlich spielen sowohl die Spezielle als auch die Allgemeine Relativitätstheorie bei der Berechnung von Satellitenbahnen eine Rolle. Eine sehr wichtige sogar.

Dass trotzdem Korrekturen von mehreren(!) Bodenstationen aus notwendig sind, liegt an Messungenauigkeiten, troposphärischen und ionosphärischen Störungen und derartigen im Dauerbetrieb immer unvermeidlichen Fehlern.

Dass also Korrekturen gemacht werden, sagt überhaupt nichts darüber aus, dass die zugrundeliegende Technik nicht längst sowohl SRT als auch ART berücksichtigen:

http://www.ikg.uni-hannover.de/fileadmin/ikg/staff/thesis/finished/documents/Stu...

Ich zitiere:

Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass Zeit bei schnellen Bewegungen langsamer vergeht als bei langsamer Bewegung oder gar Stillstand. Da sich Satelliten jedoch mit einer sehr hohen Geschwindigkeit (12.000 km/h) bewegen, laufen deren Uhren von der Erde aus betrachtet also langsamer, was aufgrund der relativistischen Zeitdilatation einen Zeitfehler von ca. 7,2 μsec/Tag ausmacht.
Wesentlich größer ist aber die Zeitdilatation, die aus der allgemeinen Relativitätstheorie hervorgeht. Der Beobachter auf der Erde unterliegt einer größeren Gravitation als der Satellit in 20200 km Höhe, so
dass die Uhr des Satelliten wiederum langsamer läuft (von der Erde aus betrachtet). Insgesamt würde der Gesamtfehler etwa 10 km pro Tag ausmachen, was jedoch durch die Frequenzänderung der Uhren von 10,23 MHz auf 10,229999995453 MHz (unter unveränderter Angabe von 10,23 MHz) kompensiert wird. (Seeber, 2003)

Also: Da die beteiligten Geschwindigkeiten sehr hoch sind, würden selbst kleine Zeitdilatationen zu nicht hinnehmbaren Abweichungen der tatsächlichen Position des Satelliten von mehreren Kilometern am Tag führen.

Mit den von Dir beschriebenen Korrekturen hat das nichts zu tun.

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