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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 17.05.12, 09:35
Mirko Mirko ist offline
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Registriert seit: 06.04.2012
Ort: Krefeld
Beitr?ge: 87
Standard Photonen

Noch eine blöde Frage:

Photonen sind ja masselose Teilchen, besitzen also die Ruhemasse null !

Kann ich mir das exakt so vorstellen, oder ist die Definition allein darauf begründet das Photonen nie "in Ruhe" anzutreffen sind.
Sie bewegen sich immer mit c und haben keine Ruhemasse aber einen Impuls.Besitzen also Energie !

Wenn ich aber den Impuls eines Photons berechnen möchte, stoße ich auf ein Problem.
Ein Produkt ist gleich null, wenn mindestens ein Faktor gleich null ist !

p = m * v
-> das bedeutet der Impuls eines Photons mit der Masse null müsste auch null sein.

Selbst wenn ich ich die Masse m durch Energie E ersetzen würde, käme ich durch: E = m * c² auf das gleiche Ergebnis !

Setze ich hier falsche Massen ein ???

Danke !

P.S.
Das mag alles sehr trivial klingen, aber ich habe da echt ein Veständnisproblem
Ergänzend möchte ich noch nachfragen, ob da ein Unterschied zur Newtonschen Mechanik gemacht wird.
Wenn man beim "Photonenproblem" nicht die Ruhemasse in die Formeln einsetzt, sondern die Energie bzw. die beschleunigte Masse ( ? ) warum wird dies bei "normalen" Massebeschleunigungen nicht getan ? --> T=1/2 m * v² oder F = m * a

Da Photonen keine Ruhemasse besitzen heisst das zwingend dass sie nie unter c abgebremst werden können ?
__________________
42 !!!

Ge?ndert von Mirko (17.05.12 um 10:06 Uhr)
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  #2  
Alt 17.05.12, 13:08
amc amc ist offline
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Beitr?ge: 896
Standard AW: Photonen

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen
p = m * v
-> das bedeutet der Impuls eines Photons mit der Masse null müsste auch null sein.
Das ist die Impuls-Formel der klassischen Mechanik. Der relativistische Impuls ergibt sich aus:



Der Impuls eines Photons eribt sich aus der Wellenlänge.

http://de.wikipedia.org/wiki/Impuls#...C3.A4tstheorie
Zitat:
Während in der klassischen Physik jeder Körper eine von Null verschiedene Masse hat, gilt die relativistische Energie-Impuls-Beziehung auch für masselose Teilchen wie Photonen. Sie bewegen sich stets mit Lichtgeschwindigkeit. Beim Photon hängt der Betrag des Impulses von seiner Wellenlänge λ ab:
,
Bin auch blutiger Laie, vielleicht hilfts ja trotzdem etwas.

Grüße, AMC
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  #3  
Alt 17.05.12, 15:39
Mirko Mirko ist offline
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Registriert seit: 06.04.2012
Ort: Krefeld
Beitr?ge: 87
Standard AW: Photonen

Okay verstehe,
eigentlich auch logisch !

Wenn man es ganz genau sieht, sind dann aber Beschleunigungen von Massen im klassischen Sinne ungenau !

Wenn ich von F = m * a ausgehe und dem Körper die Ruhemasse zuschreibe errechne ich eine ungenaue Kraft ( wenn auch im minimalen Bereich ).

Je höher die Beschleunigung, desto ungenauer der Wert.........
Formal gesehen müsste man diese Kraft auch relativistisch betrachten um ganz genau zu sein, tut es aber nicht da die Abweichungen dermaßen gering sind das sie fast gegen null gehen.
Interessant wird es erst bei sehr hohen Beschleunigungen bzw. Geschwindigkeiten.

Ist das soweit korrekt ?
__________________
42 !!!
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  #4  
Alt 17.05.12, 15:44
Philipp Wehrli Philipp Wehrli ist offline
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Registriert seit: 04.07.2009
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Standard AW: Photonen

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen
Okay verstehe,
eigentlich auch logisch !

Wenn man es ganz genau sieht, sind dann aber Beschleunigungen von Massen im klassischen Sinne ungenau !

Wenn ich von F = m * a ausgehe und dem Körper die Ruhemasse zuschreibe errechne ich eine ungenaue Kraft ( wenn auch im minimalen Bereich ).

Je höher die Beschleunigung, desto ungenauer der Wert.........
Formal gesehen müsste man diese Kraft auch relativistisch betrachten um ganz genau zu sein, tut es aber nicht da die Abweichungen dermaßen gering sind das sie fast gegen null gehen.
Interessant wird es erst bei sehr hohen Beschleunigungen bzw. Geschwindigkeiten.

Ist das soweit korrekt ?
Die Formel F = m * a stimmt, wenn m nicht die Ruhemasse, sondern die dynamische Masse ist.
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  #5  
Alt 17.05.12, 16:02
Mirko Mirko ist offline
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Registriert seit: 06.04.2012
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Standard AW: Photonen

Zitat:
Zitat von Philipp Wehrli Beitrag anzeigen
Die Formel F = m * a stimmt, wenn m nicht die Ruhemasse, sondern die dynamische Masse ist.
Hallo Philipp
Ja, aber genau das tun"wir" in der klassischen Mechanik doch nicht !

Wenn ich einen 10kg Klotz mit 10m/s² beschleunigen möchte brauche ich eine Kraft von 100 Newton !

Diese 10kg sind aber die Ruhemasse des Klotzes. Ergo werden relativistische Effekte durch die Beschleunigung nicht berücksichtigt.
Also ist diese Rechnung im engsten aller Sinne doch falsch....oder besser ungenau.....

Nur weil die Effekte verschwindet gering sind ist es erlaubt mit dieser Formel zu rechnen, oder ?
__________________
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  #6  
Alt 23.05.12, 14:12
Philipp Wehrli Philipp Wehrli ist offline
Profi-Benutzer
 
Registriert seit: 04.07.2009
Ort: Winterthur
Beitr?ge: 255
Standard AW: Photonen

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen
Hallo Philipp
Ja, aber genau das tun"wir" in der klassischen Mechanik doch nicht !
Normalerweise rechnet man auch die Relativitätstheorie zur klassischen Physik. Als "nichtklassisch" bezeichnet man alles, was mit Quanten zu tun hat. So würde ich jedenfalls die Begriffe brauchen.

Zitat:
Zitat von Mirko Beitrag anzeigen

Wenn ich einen 10kg Klotz mit 10m/s² beschleunigen möchte brauche ich eine Kraft von 100 Newton !

Diese 10kg sind aber die Ruhemasse des Klotzes. Ergo werden relativistische Effekte durch die Beschleunigung nicht berücksichtigt.
Also ist diese Rechnung im engsten aller Sinne doch falsch....oder besser ungenau.....

Nur weil die Effekte verschwindet gering sind ist es erlaubt mit dieser Formel zu rechnen, oder ?
Die Formel ist F=am, egal, ob du die Relativitätstheorie nimmst oder nicht. Nach der Newtonschen Physik nimmt nur die Geschwindigkeit zu, wenn eine Kraft wirkt. Nach Einstein kann auch die Masse zunehmen. Bei Newton steht aber nicht explizit, dass die Masse nicht zunehmen kann. Die Formel stimmt zu jedem Zeitpunkt, wenn du die momentane (dynamische) Masse einsetzt.
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  #7  
Alt 23.05.12, 15:48
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Zitat:
Zitat von Philipp Wehrli Beitrag anzeigen
Die Formel stimmt zu jedem Zeitpunkt, wenn du die momentane (dynamische) Masse einsetzt.
Ganz so einfach ist das leider nicht mehr, denn die "relativistische Masse" ist ein Tensor: je nach Richtung müssen unterschiedliche Werte eingesetzt werden: in transversaler und longitudinaler Richtung stimmen immerhin noch die Richtungen von Beschleunigung und Kraft überein und es passt, wenn man für "m" die jeweilige "transversale" bzw. "longitudinale" Masse einsetzt. In beliebigen Richtungen aber stimmen Kraft und Beschleunigung nicht einmal mehr in der Richtung überein.

Das ist der Hauptgrund, warum die modernere Physik dazu tendiert, diese sog. relativistische Masse nicht mal mehr "Masse" zu nennen; sie ist kein Skalar sondern ein tensorielles Objekt.
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  #8  
Alt 23.05.12, 17:02
Ich Ich ist offline
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Standard AW: Photonen

Und das ganz abgesehen davon, dass man auch in Vorwärtsrichtung hat:
F = dp/dt = d(mv)/dt = vdm/dt + m dv/dt = vdm/dt + am,
also nicht F = am.
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  #9  
Alt 24.05.12, 15:32
Mirko Mirko ist offline
Aufsteiger
 
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Beitr?ge: 87
Standard AW: Photonen

Ich habe eure Antworten bzw. eure weitere Diskussion verfolgt und möchte daher meine Frage erneut formulieren.

Damit ist die Formel der Kraft, welche momentan immer noch im Physikunterricht gelehrt wird,wie ich von meiner Tochter(7.Klasse) weiss, im engsten Sinne doch nicht nur ungenau, sondern schlichtweg falsch.
Oder ?

Da bei F=m*a immer die Ruhemasse eingestzt wird und nicht die dynamische und schon gar nicht auf F=dp/dt hingewiesen wird, bedeutet dies doch das die resultierenden Kräfte definitiv falsch sind !
Nur weil es aufgrund der sehr,sehr geringen Abweichungen aufgrund kleiner Beschleunigungen bzw. Massen kaum unterschiede im Ergebnis gibt macht es das doch nicht unbedingt richtiger !

Das Argument, dass die Formel für unsere "übliche Umgebung" einen durchaus sehr guten Näherungswert ergibt kann doch nicht über die Falschheit der Formel im engsten Sinne hinweg täuschen !
Ich kann ja auch nicht sagen: flüssiger Stickstoff hat unter 0 Grad Celsius, mehr braucht man nicht zu wissen !

Das mag alles nach Haarspalterei klingen, aber ich möchte einfach wissen das ich das richtig verstehe.

und......keine Sorge, ich werde meiner 12-jährigen Tochter nix davon sagen...sie soll ruhig F=m*a lernen
__________________
42 !!!
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  #10  
Alt 24.05.12, 16:31
Ich Ich ist offline
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Beitr?ge: 2.423
Standard AW: Photonen

Zitat:
Das Argument, dass die Formel für unsere "übliche Umgebung" einen durchaus sehr guten Näherungswert ergibt kann doch nicht über die Falschheit der Formel im engsten Sinne hinweg täuschen !
Geheimnis: Alle Formeln sind falsch, wenn du es so siehst.
Physik handelt immer von Idealisierungen, und es macht einen guten Physiker aus, dass er ein Gespür hat, was er vernachlässigen darf und was nicht.
Der relativistische Impuls ist z.B. auch falsch, weil man eigentlich nach Allgemeiner RT rechnen muss, wenn Gravitation da ist. ART ist auch falsch, weil sie vermutlich nur der klassische Grenzfall irgendeiner Quantengravitationstheorie ist. Quantenfeldtheorien wiederum sind noch falscher, weil man sie eigentlich ausschließich über Störungsrechnung in den Griff bekommt (das ist sowas wie F=m*a, obwohl's in Wahrheit noch komplizierter ist).
Als Beispiel: um die Masse eines Protons mit ein paar Prozent Genauigkeit zu berechnen, laufen Supercomputer über Monate. Man kann wirklich fast nichts exakt berechnen.

Bei F=m*a ist es so, dass man eine viel genauere Formel kennt, das ist da also kein grundsätzliches Problem. Es ginge also mit vertretbarem Aufwand genauer, aber das nutzt deiner Tochter nichts. Die Newtonsche Formel ist nicht falsch, sondern eine Näherung. Näherungen werden erst dann falsch, wenn's auf den Unterschied zur genaueren Formel auch wirklich ankommt, oder wenn sie einen anderweitig in die Irre führen. Und das ist in der 7. Klasse nicht der Fall.
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