Was für Themen soll ich in meinem Gravitationsreferat reinnehmen?

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2 Antworten

Ich würde dir raten mit demjenigen anzufangen der sich damit zuerst beschäftigte. Isaac Newton. Also der Typ dem der Apfel fast auf die Rübe fiel.

Was zieht eine Masse an? Was ist Schwerkraft? Gravitation?

Ich habe dazu mal ein Statement abgegeben zur Frage "Was würde man wiegen wenn man auf einem schwarzen Loch stünde?"

Eine äusserst schräge Frage, da man eben nicht weiss was sich dort abspielt. Wir wissen es nicht! Weder im schwarzen Loch, oder auf dem schwarzen Loch, oder drum herum...wir wissen es nicht! Weil eben keine Informationen hinaus gelangen. Es ist alles Spekulation. Schwarze Löcher enziehen sich unserer genauen Untersuchung. Wir wissen was sie verursachen und was sie für Auswirkungen haben, aber sonst nicht viel mehr.

Natürlich wissen wir über bestimme Phänomene Bescheid. Oder glauben diese mittels "Theorien" als erklärbar erscheinen zu lassen. Das Problem bleibt aber aus o.g. Gründen.

Aber was einem schwarzen Loch ähnlich ist, sind Neutronensterne. Und da gab es mal eine Frage, wieviel würde ein Teelöffel Neutronen wiegen?


Lasst mich damit anfangen: PROBIERT DIESES EXPERIMENT NICHT AUS.

Obwohl der Name „Neutronenstern“ harmlos erscheint, sollte man sich nicht täuschen lassen. Sie sind kleine, aber tödliche Überreste massiverSterne. Sie besitzen die 2 oder 3-fache Masse der Sonne, passen aber ganz bequem in das Stadtgebiet von Dortmund.


Durch diese enorme Dichte ist die Anziehungskraft unglaublich stark. Wenn ihr jetzt denkt, dass das ganze Ding deswegen doch zu einem Schwarzen Loch kollabieren müsste, liegt ihr fast richtig. Das ist der genaue Grund, warum Neutronensterne nicht mehr als ein paar Sonnenmassen haben können. Sie würden sonst zu Schwarzen Löchern.


Neutronensterne werden für etwas gehalten, was man als „entartete Materie“kennt und das ist wirklich ein passender Ausdruck dafür, dass die Neutronen bereits so dicht  gepackt sind, dass sie sich nicht weiter zusammendrängen lassen. Das ist eine Folge des berühmten „Pauli-Prinzips„, das in Kurzfassung beschreibt, dass zwei Neutronen (oder eigentlich zwei Elektronen) sich nicht denselben Raum und Zustand teilen können.  [ Auch bekannt als „entarteter Druck„, ljb ]

Falls du auf der Suche nach Gesprächsthemen für deine nächste Cocktail-Party bist, könnte dich interessieren, dass entartete Materie auch das ist, was „Weiße Zwerge“ ausmacht.

Dieser entartete Druck ist jedenfalls so hoch, dass ein Stern der Klasse „Überriese“mit einem Kern aus einem Neutronenstern, dessen Hülle kollabiert und auf diesen Kern prallt, eine Explosion auslöst, die eine komplette
Galaxie überstrahlt. Möglicherweise kennst du das als Supernova. Hast du jemals das Bild des Krebsnebels (http://cdn.eso.org/images/screen/eso9948f.jpg) gesehen? Das kommt dabei raus, wenn man mit einem Neutronenstern rumspielt!


Also was würde passieren, wenn wir bescheuert genug wären, es zu versuchen?


Die Landung wäre unglaublich schwierig. Neutronensterne können mehrere Tausend mal pro Sekunde rotieren und viele davon haben magnetische Felder, die zehn Millionen mal stärker sind, als das der Erde.Das beeinträchtigt dich in verschiedener Hinsicht. Zuerst zerstörendie magnetischen Felder dieser Stärke alles was mit Eisen zu tun hat, danach deine Computersysteme. In der Praxis geschieht wohl beides gleichzeitig.

Die Kombination der Rotation mit dem starken magnetischen Feld bildeteine Art Selbstverteivigungssystem der Neutronensterne. Vielleicht kennst du es als „Pulsar,“ das einen hochenergetischen Strahl aussendet, der jeden Bruchteil einer Sekunde durch den Raum fegt. Zuletzt gilt es auf einer Kugel zu landen, die sich mit Tausenden Kilometern pro Sekunde dreht. Das ist nicht ganz einfach. Schwarze Löcher rotieren übrigens auch...


Aber nehmen wir an, wir hätten die Landung auf der Oberfläche des Neutronensterns geschafft. Gut, es hätte ein paar Millionen Kelvin – aber verglichen zu den Problemen, die wir noch zu erwarten haben, ist das ein Kinderspiel. Die Anziehungskraft ist 200 Milliarden mal stärker als auf der Oberfläche der Erde. Falls dich das nicht weiter stören
sollte, beachte aber, dass dort der Unterschied der Gravitation zwischen deinem Kopf und deinen Füßen etwa 60 Millionen g beträgt. Wenn du glaubst, dass dich im Universum alles auf die gleiche Weise töten kann, bedenke kurz, dass die Oberfläche der Sonne auf nur etwa 6000 K bei einer Anziehungskraft von 27 g kommt. Vergleichsweise
also nichts.

Weil ich euch mag, lasse ich euch noch etwas länger überleben. Ich gehe davon aus, dass ihr Zugriff zum Raumschiff Enterprise und der zugehörigen Transporter-Technologie habt, und wasweissich, eine Landung
auf der Oberfläche gar nicht notwendig ist. Lasst uns also annehmen, dass wir einen Teelöffel Neutronenstern aus seinem Kern direkt in unseren Frachtraum „beamen.“ Ich sage aus „seinem Kern“, weil die äußere Kruste ziemlich langweilig ist. Sie besteht zumeist aus schwereren Elementen, wie Eisen. Um das reine Produkt zu kriegen, müssen wir tiefer
buddeln.


Was dann passiert? Jetzt geht der Spaß erst richtig los.


Du musst dir erstmal vorstellen, dass wir über Dichten sprechen, die im Bereich von etwa 10^18 kg/m^3 liegen, was bedeutet, dass ein Teelöffel davon rund 10 Milliarden Tonnen wiegt. Ich hab´s durchgerechnet und Mark hat recht. Für einen ausreichend großen Berg kommt das hin. [ Ähm, laut den relativ leicht nachprüfbaren Fakten in diesem Artikel, wiegt der Mount Everest gerade mal 6,5 Milliarden Tonnen, ljb]


Im Inneren eines Neutronenstern besteht eine empfindliche Balance zwischen der extremen Anziehungskraft des Sterns und dem entarteten Druck der Neutronen. In dem Moment, in dem wir die Neutronen entnehmen, geht´s rund. Der gravitative Druck, der die Neutronen bislang komprimiert hat, fehlt. Und denk dran – die Neutronen haben eine Temperatur von Millionen Grad. Der Gasdruck ist immens. Selbst wenn wir
mittels eines Transporters das Stück Stern in den Bauch unseres Schiffes beamen könnten, würde der Druckverlust von außen das Gas explosionsartig ausdehnen lassen.


In einem angenommen normal großen „Frachtraum“
enden wir in einem Druck, der billiardenfach höher ist als der normale Luftdruck und einer Dichte, die etwa das 10 millionenfache von solidem Stein beträgt.

Halte dich nicht in deinem Frachtraum auf, wenn du dein Neutronenstern-Material hochbeamst!!!

Ich kann das gar nicht oft genug wiederholen.

Angenommen, die Expansion der Neutronen würde dein Schiff nicht auf der Stelle zerlegen – das Schlimmste kommt erst noch. Im Inneren eines Neutronensterns hält der abartige Druck die Neutronen nämlich von dem ab, was sie normalerweise möchten: zerfallen.


Neutronen können ziemlich lange rumhängen, solange sie sich in einem Atomkern befinden. Wenn sie alleine sind, überleben sie nicht lange. Jedenfalls nicht nach menschlichen Zeitvorstellungen. Im Vergleich zu vielen anderen subatomaren Partikeln, die höchtens eine 10 milliardstel Sekunde bestehen, ist die Lebenszeit eines Neutrons von etwa 10 Minuten
allerdings unglaublich lang. Nach diesen (im Durchschnitt) 10 Minuten zerfällt ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und in ein normalerweise nicht nachweisbares Anti-Neutrino.


Kein großer Akt, oder? Falsch. Wir rufen letztlich die berühmteste Gleichung der gesamten Physik auf: E=mc^2. Das zeigt uns, wie viel Energie bei jedem Zerfall frei wird.


Nimm die Masse des Neutrons, subtrahiere davon die Masse des Protons, des Elektrons und die vernachlässigbare Masse des Anti-Neutrinos und du erhältst die Verlustmasse. Multipliziere die mit der quadrierten Lichtgeschwindigkeit und du hast die frei gewordene Energie. Bezogen auf
den Zerfall eines Neutrons, werden während dieses Vorgangs etwa 0,08% der Masse in Energie umgesetzt. Das hört sich erstmal nicht viel an – aber multipliziert mit dem vollen Teelöffel deines Neutronensterns endet es mit einem Energieausstoß von etwa 10^27 Joule. Oder etwa in dem, was die Sonne in 2 bis 3 Sekunden rausrotzt.


Wenn du nicht gerade ein intuitives Gefühl dafür hast, wieviel
Energie das eigentlich ist, wäre eine andere Umschreibung dafür, dass unser Neutronenzerfall das Äquivalent einer Billionen-Megatonnen-Bombe hätte. Oder in anderer Hinsicht, mit 50 Billionen mal dem Wumms der ersten Atombomben. Es würde das Leben auf der Erde ganz einfach auslöschen.


Denk dran, dass die Halbwertszeit von Neutronen etwa 10 Minuten beträgt, was bedeutet, dass alles ziemlich schnell tot und erledigt ist. Herzlichen Glückwunsch, du hast eine lebendige Atomwaffe auf dein Schiff teleportiert.Quelle: http://ljb.de/wp/?p=88



























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Ich finde Die Visualisierung der Schwerkraft-Gesetze anhand unterschiedlich schwerer Kugel in einem gespanntem Tuch sehr gelungen.

Vielleicht hilft dir dieses Video dabei weiter ein Beispiel zu finden, wie du deinen Klassenkameraden das Thema auf einfache Weise näher bringen kannst: 

Liebe Grüße, JutenMorgen!

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Kommentar von JohnBFangirl
25.03.2016, 13:32

Das werde ich definitiv mit in das Referat reinnehmen! Danke :)

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