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* 22.02.1902 in Boppard
† 22.04.1980 in Mainz

Er war ein deutscher Physikochemiker, der gemeinsam mit OTTO HAHN, dessen Mitarbeiter er seit 1929 war, die Kernspaltung entdeckte. Darüber hinaus erbrachte er wichtige Arbeiten auf dem Gebiet der Kernchemie und der geologischen Altersbestimmung mit radiologischen Methoden.

Die Atommodelle von E. RUTHERFORD (1911) und N. BOHR (1913) waren Modelle für die Atomhülle. Vom Atomkern war in dieser Zeit lediglich bekannt, dass in ihm weitgehend die Masse des Atoms konzentriert ist und er eine positive Ladung trägt. Genauere Vorstellungen über seine Struktur entwickelten sich erst ab den dreißiger Jahren des 20. Jahrhundert im Zusammenhang mit dem experimentellen Nachweis des Neutrons durch J. CHADWICK (1932) und den weiteren Untersuchungen zu Kernumwandlungen, die u. a. von E. FERMI, F. JOLIOT-CURIE und O. HAHN durchgeführt wurden. Als besonders tragfähig erwiesen sich das Tröpfchenmodell und das Potenzialtopfmodell.

* 14.02.1869 in Glencorse
† 15.11.1959 in Carlops bei Edinburgh

Er war ein schottischer Meteorologe und Physiker, der vor allem durch eine Erfindung weltberühmt wurde: 1911 konstruierte er die nach ihm benannte Nebelkammer zum Nachweis von radioaktiver Strahlung und anderen geladenen Elementarteilchen. 1927 erhielt er dafür den Nobelpreis für Physik. Jahrzehntelang war die wilsonsche Nebelkammer nicht nur für den Nachweis, sondern auch für die Erforschung der Eigenschaften von radioaktiver Strahlung von großer Bedeutung. Heute hat sie nur noch geschichtlichen Wert.

Genauere Vorstellungen über den Bau der Atomhülle wurden erst nach 1900 entwickelt. Wichtige Schritte waren die Atommodelle von E. Rutherford und von N. Bohr. Das moderne quantenphysikalische Atommodell ermöglicht die mathematische Beschreibung der Atomhülle, ist aber unanschaulich. Eine anschauliche Vorstellung bieten die Orbitale. mit dem Test können Sie Ihre Kenntnisse über den Bau von Atomen und die Modellvorstellungen über diese Atome prüfen.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Physik der Atomhülle".

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Kernumwandlungen sind mit Kernstrahlung (Alphastrahlung, Betastrahlung, Gammastrahlung) verbunden, die auch als radioaktive Strahlung bezeichnet wird. Wir alle sind ständig einer natürlichen Strahlenbelastung ausgesetzt. Eine erhöhte Strahlenbelastung, z. B. durch Unfälle in Kernkraftwerken, kann katastrophale Auswirkungen haben. Kernspaltung und Kernfusion sind die beiden Vorgänge, bei denen Energie freigesetzt wird. Nach wie vor beschäftigt die Physiker auch die Frage, aus welchen elementaren Bestandteilen unsere Welt besteht. Im Test geht es um Wissen über die Grundlage der Physik des Atomkerns und über Elementarteilchen.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Physik des Atomkerns".

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Während sich in der klassischen Physik bei gleich gerichteten Bewegungen die Beträge der Geschwindigkeiten addieren, gilt für die relativistische Addition von Geschwindigkeiten ein etwa komplizierterer Zusammenhang:
$u=\frac{u\text{'}+v}{1+\frac{u\text{'}\cdot v}{c^2}}$
Die resultierende Geschwindigkeit ist entsprechend einer Grundaussage der speziellen Relativitätstheorie immer kleiner als die Vakuumlichtgeschwindigkeit.

ALBERT EINSTEIN, der 1905 die spezielle Relativitätstheorie und 1915 die allgemeine Relativitätstheorie veröffentlichte, stellte selbst die wichtigste Inhalte dieser Theorien in vielen Vorträgen und Veröffentlichungen dar. Dabei versuchte er die Grundgedanken der neuen Theorien in möglichst einfacher und gut überschaubarer Weise zu formulieren. Ein Beispiel dafür sind die nachfolgenden Auszüge aus einer Arbeit von ihm, die 1916 unter dem Titel „Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie“ veröffentlicht wurde.

ALBERT EINSTEIN formulierte in seiner berühmten Arbeit zur speziellen Relativitätstheorie im Jahre 1905: „Die Masse eines Körpers ist ein Maß für dessen Energiegehalt“. Er stellte fest, dass Masse und Energie äquivalente Größen sind und zwischen diesen Größen der fundamentale Zusammenhang $E=m\cdot c^2$ existiert. Diese Gleichung ist die Grundlage für das Verständnis der Energiefreisetzung durch Kernspaltung und Kernfusion sowie vieler weiterer physikalischer Prozesse.

Die Äthertheorie spielte bis in das 20. Jahrhundert hinein eine wichtige Rolle: Die Annahme eines Raumes, der mit einem Äther gefüllt sind, ermöglichte die Erklärung der Ausbreitung des Lichtes und anderer elektromagnetischer Wellen. Die Gültigkeit der Äthertheorie wurde erstmals durch die Experimente von MICHELSON und MORLEY infrage gestellt. Spätere Experimente bestätigten, dass es keinen Äther gibt.

Der österreichische Physiker CHRISTIAN DOPPLER (1803-1853) entdeckte 1842, dass zwischen der von einem Beobachter wahrgenommenen Tonfrequenz und der Bewegung einer Schallquelle ein Zusammenhang besteht. Dieser Effekt wird als akustischer DOPPLER-Effekt bezeichnet.
Ein analoger Effekt tritt bei Licht auf. Er wird optischer oder relativistischer DOPPLER-Effekt genannt.

* 14.03.1879 in Ulm
† 18.04.1955 in Princeton (USA)

Er war einer der bedeutendsten Physiker der Geschichte und der Begründer der Relativitätstheorie, die zu einer völligen Veränderung des physikalischen Weltbildes führte. Darüber hinaus erbrachte er grundlegende Arbeiten auf vielen Gebieten der Physik. Insbesondere deutete er den lichtelektrischen Effekt und war damit einer der Mitbegründer der Quantentheorie. Hervorzuheben ist sein Eintreten für Humanität und eine verantwortungsbewusste Nutzung physikalischer Erkenntnisse.

In der klassischen Physik gilt für abgeschlossene Systeme neben dem Gesetz von der Erhaltung der Masse der Energieerhaltungssatz und der Impulserhaltungssatz.
Aus relativistischer Sicht ergibt sich: Aufgrund der Äquivalenz von Masse und Energie umfasst der Energieerhaltungssatz auch das Gesetz von der Erhaltung der Masse. Auch Impulserhaltungssatz und Energieerhaltungssatz sind miteinander verknüpft.

Das galileische Relativitätsprinzip trifft eine Aussage über die Gleichwertigkeit von verschiedenen Bezugssystemen in der klassischen Physik, also bei Geschwindigkeiten weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit. Es lautet:
Alle Inertialsysteme sind gleichberechtigt. In ihnen gelten die gleichen physikalischen Gesetze.
Daraus lassen sich Gleichungen ableiten, die es ermöglichen, die räumlichen und zeitlichen Koordinaten eines Punktes von einem Intertialsystem in ein anderes umzurechnen (GALILEI-Transformation).

Mit der im Jahre 1905 veröffentlichten speziellen Relativitätstheorie, kurz auch als SRT bezeichnet, entwickelte der deutsche Physiker ALBERT EINSTEIN (1879-1955) eine neue Vorstellung von Raum und Zeit, die sich von den bisher allgemein anerkannten Auffassungen der klassischen Physik deutlich unterschied. Dabei ging er von zwei Grundaussagen oder Postulaten aus, die sich inzwischen längst als zutreffend erwiesen haben:

• Alle Inertialsysteme sind gleichberechtigt (Relativitätsprinzip).
• Die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist überall gleich groß. Sie ist die größtmögliche Geschwindigkeit für die Signalübertragung (Prinzip von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit).

Die spezielle Relativitätstheorie bezieht sich auf Inertialsysteme. Der Einfluss der Gravitation wird ausgeblendet. In Verallgemeinerung seiner speziellen Relativitätstheorie auf beliebige Bezugssysteme unter Einschluss von Gravitationswirkungen entwickelte ALBERT EINSTEIN die allgemeine Relativitätstheorie, die er 1916 veröffentlichte. Sie begründet neue Vorstellungen über Raum und Zeit und ist z.B. die Grundlage aller modernen kosmologischen Theorien.

Es gibt in der klassischen Physik und in der Relativitätstheorie eine Reihe von Größen, die ihren Wert bzw. ihre Form nicht ändern, wenn man von einem Inertialsystem in ein anderes übergeht. Solche Größen werden als invariante Größen bezeichnet. Auch für Gesetze gibt es eine Invarianz. Die Bestimmung von invarianten Größen bzw. Gesetzen trägt dazu bei, physikalische Phänomene und Zusammenhänge besser zu verstehen.

In der klassischen Physik hat die Länge eines Körpers und damit der Abstand zweier Punkte einen bestimmten, stets gleichen Wert. In der Relativitätstheorie dagegen zeigt sich, dass die Länge eines Körpers vom Bezugssystem abhängig ist. Längenkontraktion bedeutet:
In seinem Ruhesystem hat ein Körper seine größte Länge, die Eigenlänge. In einem dazu bewegten System ist die Länge um den Faktor $1/k=\sqrt{1-v^2/c^2}$ (Kehrwert des LORENTZ-Faktors) geringer.

Um in einem Inertialsystem die Gleichzeitigkeit des Eintretens von Ereignissen registrieren zu können und die Zeiten für das Eintreten von Ereignissen von verschiedenen Inertialsystemen aus bewerten zu können, führte ALBERT EINSTEIN Lichtuhren ein. Eine Lichtuhr ist eine Anordnung, bei der die Laufzeit von Licht zum Messen von Zeiten genutzt wird. Dabei wird vom Postulat der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ausgegangen, einem der beiden Grundpostulate der speziellen Relativitätstheorie.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung seiner Elektronentheorie beschäftigte sich der niederländische Physiker HENDRIK ANTOON LORENTZ auch mit der Elektrodynamik bewegter Körper und mit der Deutung des MICHELSON-MORLEY-Experiments. Er entwickelte 1895 auf der Grundlage der klassischen Vorstellungen Gleichungen, die es ermöglichten, die räumlichen und zeitlichen Koordinaten von einem Inertialsystem in ein anderes umzurechnen. Diese Gleichungen werden als LORENTZ-Transformationsgleichungen oder als LORENTZ-Transformation bezeichnet. Die richtige physikalische Deutung erhielten sie 10 Jahre später durch ALBERT EINSTEIN in seiner speziellen Relativitätstheorie.

* 19.12.1852 in Strelno bei Posen
† 09.05.1931 in Pasadena (Kalifornien)

Er war ein bedeutender US-amerikanischer Physiker, der sich vor allem Verdienste in der experimentellen Physik erwarb. Mit einem von ihm entwickelten Interferometer versuchte er die Existenz eines Äthers nachzuweisen und damit eine Grundannahme der klassischen Physik zu bestätigen. 1907 erhielt er für seine optischen Präzisionsinstrumente und seine damit ausgeführten spektroskopischen und metrologischen Untersuchungen den Nobelpreis für Physik.

Die Experimente, die MICHELSON 1881 und später zusammen mit E. W. MORLEY durchführte, dienten dem Nachweis der Existenz eines ruhenden Äthers, in dem sich die Erde bewegt.
Alle mit hoher Genauigkeit durchgeführten Experimente hatten ein negatives Ergebnis. Ein Beleg für die Existenz eines ruhenden Äthers wurde nicht gefunden. Die Ergebnisse der Experimente waren aber ein wichtiger Anstoß, über die bis dahin allgemein anerkannte Ätherhypothese neu nachzudenken.

MINKOWSKI-Diagramme, auch Raum-Zeit-Diagramme genannt, sind von dem deutschen Mathematiker HERMANN MINKOWSKI (1864-1909) entwickelte Diagramme zur anschaulichen Beschreibung der Bewegung eines Körpers (Massepunktes) in Raum und Zeit. Bei der Bewegung eines Massepunktes entsteht im Diagramm eine Linie (Weltlinie), wobei jeder Punkt der Weltlinie einem bestimmten Ort und einem bestimmten Zeitpunkt entspricht. Ein solcher Punkt wird als Weltpunkt bezeichnet.

Myonen sind Elementarteilchen, die wie die Elektronen zur Gruppe der Leptonen gehören. Sie habe jedoch eine wesentlich größere Masse als die Elektronen und sind instabil mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von $\tau =\mathrm{2,2}\text{μs}$ bzw. einer Halbwertszeit von $T=\mathrm{1,52}\text{μs}$.
Experimentell kann man nachweisen, dass sehr schnelle Myonen, die z.B. Bestandteil der durch Höhenstrahlung entstehenden Sekundärstrahlung sind oder in Beschleunigern erzeugt werden können, eine wesentlich größere Lebensdauer bzw. Halbwertszeit haben. Ursache dafür ist die Zeitdilatation.

Auffassungen über Raum und Zeit entwickelten schon die Philosophen der Antike. Entscheidende Schritte wurden mit der Herausbildung der klassischen Mechanik gegangen, insbesondere mit den Arbeiten von ISAAC NEWTON. Er postulierte einen absoluten Raum und eine absolute Zeit. Beide sollten unendlich ausgedehnt sein und unabhängig voneinander existieren. Erst ab Ende des 19. Jahrhunderts wurden diese Auffassungen infrage gestellt und mit der Relativitätstheorie von EINSTEIN neue Auffassungen über Raum und Zeit entwickelt.

In der klassischen Physik wird davon ausgegangen, dass es einen absoluten Raum und unabhängig davon eine absolute Zeit gibt. Aus relativistischer Sicht sind weder Raum noch Zeit absolut, sondern untrennbar miteinander verknüpft und abhängig vom jeweiligen Bezugssystem. Diese neuen Auffassungen über Raum und Zeit wurden von ALBERT EINSTEIN am Anfang des 20. Jahrhunderts im Rahmen seiner Relativitätstheorie entwickelt. Sie führten auch zu einem neuen Verständnis der Begriffe Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.