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Letztes Update:
04.05.2005

Physikalische Fragen · Frage I

? Ich habe einen Stab im schwerelosen Raum, welcher 1 Lichtjahr lang ist. An dem einen Ende befindet sich ein Mensch, am anderen ist ein Schalter, etwa einen Zentimeter vom Ende des Stabes entfernt. Der Schalter ist mit einer Wasserstoffbombe verbunden. Wird der Schalter gedrückt, wird die Bombe augenblicklich gezündet. Nun bewegt der Mensch den Stab um etwa einen Zentimeter nach vorn in Richtung Schalter.

Wann kann man die Explosion sehen, wenn man neben dieser Person steht:
a) nach einem Jahr?
b) nach zwei Jahren?
c) zu einem noch späteren Zeitpunkt?
9.3.2002: Andi hat jetzt die Lösung dieser Frage bereitgestellt. Vielen Dank an alle, die ihre Antworten eingesandt haben! Für weitere Diskussionen zu diesem Thema verweisen wir gerne auf unser Forum.

Antworten

von: Andi (6thfloor)
am: 10.12.1999
Meine Vermutung hierbei ist nur zu verstehen, wenn man sich den Vorgang der Bewegung des Stabes im atomaren Bereich vorstellt. Meiner Vorstellung nach werden die Atome, welche in einer Gitterstruktur oder sonstwie angeordnet sind, die sich an der Front des Stabendes befinden gegen die nächsten gedrückt. Durch die dem Gitter eigene Energie, führt dies dazu, dass die nächste Atomlage weggestoßen, durch die Kraft der vorhergehenden Reihe, werden. Dadurch würde sich eine jede Bewegung wie eine Welle fortpflanzen. Im normalem Maßstab sehen wir davon nichts, da die Strecke zu kurz ist um eine Zeitverzögerung festzustellen.
Die möglichen Antworten würden sich damit auf b) oder c) beschränken, wobei c) wahrscheinlicher ist, da Teilchenbewegungen nicht mit Lichtgeschwindigkeit stattfinden.
von: Mathias Müller (gasturbine at gmx . de)
am: 07.04.2001
Antwort: c)
Da Informationsübermittlung nur mit maximal Lichtgeschwindigkeit möglich ist braucht die Information "Stab Richtung Schalter bewegt" schon mindestens mal ein Jahr um überhaupt zum Schalter zu kommen. Die Zeit wird jedoch erheblich länger sein, da der Stab bei dieser Länge eine wahrscheinlich große Masse hat, die erstmal beschleunigt sein will. Lässt man das aber ausser acht so bleibt immer noch das eine Jahr Mindestinformationsübertragungszeit plus die Zeit, die der Mensch vom Beginn der Bewegung des Stabes Richtung Schalter bis zum Ende der Bewegung braucht (der Schalter ist ein Zentimeter vom Stabende entfernt, die Überbrückung dieser Strecke braucht auch Zeit) plus die Zeit die die Wasserstoffbombe zum zünden sprich zum emmitieren von Photonen braucht plus die Zeit die die Photonen zum Auge des Betrachters brauchen der ein Lichjahr wegsteht, also ein Jahr.

Somit dauert das ganze länger als zwei Jahre
von: Marcel Dietrich
am: 03.12.2001
Antwort: a)
Der Logik nach wäre es "a)". Da der Raum ein Lichtjahr "groß" bzw. lang ist und eine Explosion bekanntlich Lichtenergien freisetzt. Licht legt 9,46 Billionen km im Jahr zurück. Praktisch ist jedoch keine Antwort richtig also darf das wohl nur rein auf die Theorie bezogen sein. Denn was ist wenn die Atombombe neben mir ist? Was für ein Material hat der Stab (die Dehnung ist entscheidend, da der Schalter auf dieser Distanz stark verzögert gedrückt werden könnte). Naja herausfinden werden wir´s jedenfalls nicht. ;)
von: Johannes Wagner (johannes at wagner52388 . de)
am: 09.02.2002
Antwort: a)
Ich bin 15 Jahre und denke, dass es Antwort a) sein muss. Meine Erklärung besteht darin, dass die Wasserstoffbombe augenblicklich explodiert und das Licht ja genau ein Jahr braucht, um ein Lichtjahr zurückzulegen. Ist doch eigentlich einfach, oder?
von: Andi (6thfloor)
am: 09.03.2002
Antwort: c)
Die Antwort ist eindeutig c. Der Stab, welcher durch die Länge schonmal eine gewaltige Masse haben wird muß zunächst einmal beschleunigt werden. Dies bedarf großer Energie, die ein Mensch nebenbei bemerkt kaum aufbringen wird können.
Sagen wir einmal, daß wir die Energie freisetzen könnten und diesem Stab einen so massiven Schlag versetzen könnten, daß er sich um etwa einen Zentimeter nach vorn bewegt. Die Übertragung, bzw. die Information dieser Bewegung wird mit Schallgeschwindigkeit übertragen, welche abhängig ist vom Material.
Schallgeschwindigkeit, weil diese Beschleunigung, dieser Druck gegen den Stab eine Störung im Material ist, gewissermaßen eine regionale Veränderung des Drucks. Solcherlei Störungen pflanzen sich mit Schallgeschwindigkeit fort. Schallwellen sind Veränderungen des Drucks in einem Medium. Die Schallgeschwindigkeit gibt also die Geschwindigkeit an, mit der diese Druckveränderungen (also die räumlich und zeitlich beschränkte Veränderung der Dichte in einem Medium) sich ausbreiten können. Somit ist die Übertragung einer Störung, wie der geforderten Bewegung keineswegs instantan möglich, sondern lediglich mit Schallgeschwindigkeit.
Wäre der Stab aus Stahl, so würde die Übertragung bis zur Bombe hin schonmal

Schallgeschwindigkeit in Stahl: 5100m/s = 5,1km/s

v=s/t

v*t=s

300 000km/s * 22 896 000s = 6 868 800 000 000km

t=s/v

6 868 800 000 000km/5,1km/s = 1 346 823 529 411,76 s = 42 707,5 Jahre dauern.

Zu sehen wäre die Explosion der Bombe dann nach

42 707,5 Jahre + 1 Jahr die das Licht der Explosion für die Distanz braucht = 42 708,5 Jahren.