Tid och rum med farbror Albert

Presentation

Detta arbetsmaterial handlar om Albert Einstein och hans teorier; hur tid, längd och massa förändras med hastigheten.

Materialet bygger på boken "Tid och rum med farbror Albert" som är skriven av Russel Stannard (boken finns att låna på bibliotekens ungdomsavdelningar: R. Stannard: Tid och rum med farbror Albert; Stockholm, Valentin, 1991).

Vår förhoppning är att du med hjälp av boken och detta arbetsmaterial på ett roligt och ganska lätt sätt skall få en inblick i Albert Einsteins relativitetsteori och förstå hur tid och rum fungerar.

Arbetsmaterialet är uppbyggt så att du efter varje kapitel i boken går till arbetsmaterialet och svarar på de frågor som finns, läser igenom sammanfattningen och om du vill och är intresserad går in på fördjupningsavsnitten. Svårigheten på fördjupningsavsnitten varierar, så ge inte upp!

Arbetsmaterialet innehåller följande fördjupningsavsnitt:

Vem var Albert Einstein? - Historik mm
Lite fakta om ljuset - Dopplereffekt, experiment mm.
Allt är relativt - Relativitetsteorier, tidsdilation, längdkontraktioner mm.
E=mc² - Den berömda formeln, energi kan omvandlas... mm.

Vi som har skrivit och ritat detta arbetsmaterial som strax följer är:

Caroline Stenvall & Mona Knutsson

Nu börjar arbetsmaterialet!

Kapitel 1

Ljuset är fantastiskt. Utan ljuset skulle vi inte kunna se någonting av den värld vi lever i. Ljuset går fort, så fort att det hinner fem varv runt jorden under tiden du säger Bollebygd.

Ljuset talar med hjälp av stjärnhimlen om för oss hur det såg ut för åratal sedan. Stjärnorna ligger nämligen så långt bort att det även för det snabba ljuset tar lång tid att färdas därifrån och hit till jorden.

Vill du veta mer om Albert Einstein? Vill du veta mer om ljuset?

Kapitel 2

Fråga 1: Om du vill hoppa så högt som möjligt skall du då hoppa höjdhopp på månen eller på jorden? Svar:

Fråga 2: Tvillingarna Fia och Fredrik jämför sina klockor och ser att de visar samma tid. Kort därefter åker Fia ut rymden med ett speciellt rymdskepp som kunde färdas med nästan ljusets hastighet (så fort kan inte ett riktigt rymdskepp gå). När Fia kommer tillbaka till jorden igen så träffar hon Fredrik. De jämför då sina klockor. Vad upptäcker de? Svar

Fråga 3: Fredrik vill gärna bli yngre. Han tror att lösningen är att färdas mycket mycket fort. Stämmer det? Svar:

Fråga 4: Om Fia ger sig iväg på en två månaders resa räknat i jordtid, hur mycket mat behöver hon då ta med sig om hennes rymdskepp färdas mycket fort? Svar:

Fråga 5: Fredrik skall lämna in sin läxa inom en timme enligt sin lärares klocka. Han är ej färdig som vanligt och kommer inte att hinna bli klar på en timme. Kan han ge sig iväg i ett rymdskepp för att få tiden att gå långsammare och hinna göra mer läxor eller ska han skicka iväg sin lärare eller ska bägge två ge sig av? Eller är det meningslöst? Svar:

Sammanfattning av kapitel 2

Tiden ändrar takt så fort man rör sig. Ju fortare man rör sig desto långsammare går tiden. Detta gäller även om man rör sig mycket långsamt. Men vid normala hastigheter (även så fort som rymdskepp går) så märker vi ingenting av detta.

Ett exempel:: En lokförare som kör tåg mellan London och Glasgow har efter 40 år kommit ur takt med sin fru en miljontedels sekund. Det vill säga lokförarens klocka visar att det har gått en miljontedels sekund mindre tid än vad hans frus klocka visar.

Vill du veta mer om tidsdilation (hur tiden beror av hastigheten)?

Kapitel 3

Fråga 1: Fia skall slå in en present. Presenten är för stor för att passa i kartongen. Fia har hört att saker blir mindre om man reser fort så hon bestämmer sig för att slå in presenten i ett rymdskepp som åker mycket fort. Kommer Fia att lyckas? Svar:

Fråga 2: Om Fredrik åker i ett rymdskepp som går mycket fort så blir han hoptryckt. Kommer hans kläder att passa eller kommer de att bli för stora? Svar:

Fråga 3: Fia tar med sig en 1 meter lång linjal i ett supersnabbt rymdskepp. Fredrik står stilla på jorden och tittar på (vi låtsas att rymdskeppet är genomskinligt). Fredrik mäter linjalen och upptäcker då att den bara är 0,5 meter. Hur lång tycker Fia att linjalen är? Svar:

Fråga 4: Det är 3 km mellan Fias hem och hennes skola. är det lika långt om hon cyklar dit? Svar:

Sammanfattning kapitel 3

Längder trycks ihop (verkar utifrån sett bli kortare) när man rär sig. Detta händer även om man rör sig långsamt, men vid normala hastigheter så blir det en så liten skillnad att vi inte märker det.

Vill du veta mer om längdkontraktionen (hur längden beror av hastigheten)

Kapitel 4

Fråga 1: Fia är i ett rymdskepp som far fram mycket fort. är Fias skor tyngre, lättare eller lika tunga som vanligt när Fia är i rymdskeppet? Svar:

Fråga 2: Väger Fredrik lika mycket som vanligt när han cyklar riktigt fort? Svar:

Sammanfattning kapitel 4

Vikten ökar när man rör sig, man väger mer. Detta gäller även vid låga hastigheter men det är så lite att vi inte märker det.

Vill du veta mer om hur vikten beror av hastigheten?

Kapitel 5

Fråga 1: Fredrik står och studerar ett stillastående rymdskepp. Inuti rymdskeppet sitter det två ficklampor i mitten (se bilden). Ena ficklampan är riktad framåt och den andra bakåt. Vid exakt samma tidpunkt skickar de båda lamporna ut varsin ljussignal. Vilken ljussignal kommer Fredrik att se komma först framme vid väggen? Svar:

Fråga 2: Fredrik står kvar på jorden medan rymdskeppet far iväg med en mycket hög hastighet. Vilken av ljusstrålarna ser Fredrik nu komma först i mål?Svar:

Fråga 3: Inuti rymdskeppet sitter Stina. Vilken ljussignal anser hon kommer först i mål? Svar:

Fråga 4: En bil kommer emot Fia i mörkret. Lyktorna är riktade rakt emot henne. Kommer ljuset emot Fia med ljusets vanliga hastighet eller snabbare? Svar:

Fråga 5: När Fia är ute och åker i det supersnabba rymdskeppet slår det ned en blixt längst fram och en längst bak på rymdskeppet. Fredrik som är kvar på jorden ser att blixtarna slår ned samtidigt. Kommer Fia också tycka att blixtarna slår ned samtidigt? Svar:

Sammanfattning kapitel 5

Ljusstrålar håller alltid samma hastighet oavsett om lampan rör sig eller inte samt oavsett om den som tittar rör sig eller inte.

Inifrån ett rymdskepp som rör sig mycket snabbt uppfattar man det som om ljusstrålarna rör sig lika långa sträckor. Om de då startar samtidigt så måste de komma i mål samtidigt, eftersom ljuset alltid går med samma hastighet.

Om man ser rymdskeppet, som rör sig snabbt, utifrån så är ej sträckorna som ljussignalerna skall åka för att komma i mål lika långa. Därför kan inte ljussignalerna komma i mål samtidigt.

Kapitel 6

Fråga 1: Fia sitter i ett rymdskepp. Ibland blir hon osäker på om det är rymdskeppet eller om det är alla runtomkring som rör sig. När kan Fia känna om det är rymdskeppet eller inte som rör sig? Svar:

Sammanfattning kapitel 6

Naturlagarna är desamma både för sådant som rör sig (rakt och med samma hastighet) och sådant som står stilla.

Sammanfattning av "Tid och rum med farbror Albert"

Allt det som beskrivs i boken "Tid och rum med farbror Albert" händer hela tiden. Det händer även i vår verklighet och vid våra låga hastigheter (tom när vi går mycket sakta). Vi kan dock inte märka någon skillnad när det handlar om normala hastigheter. Inte ens i ett riktigt rymdskepp märker vi någon skillnad.

Det finns inte en bestämd tid eller ett bestämt rum som vi alla kan enas om. Det finns istället tid och rum enligt din och min uppfattning. Det är allt!

Vi tar ett exempel:

En ljusstråle och ett rymdskepp skall se vem som är snabbast. Ljuset åker som alltid i ljushastigheten, det vill säga c. Rymdskeppet åker det fortaste det bara kan, det vill säga i 99,9% av ljushastigheten (om du skulle få 99,9% av en hundralapp så skulle du få 99 kronor och 90 öre).

För en person som står utanför och tittar på kapplöpningen så ser det ut som om ljusstrålen mycket sakta ökar på sitt försprång. Detta eftersom ljusstrålen och rymdskeppet nästan rör sig lika fort.

För en person som sitter inuti rymdskeppet och tittar ut så ser det ut som om ljusstrålen försvinner bort mycket snabbt, nämligen med ljusets hastighet. Detta eftersom ljuset alltid går med ljusets hastighet, även om betraktaren rör sig.

Det låter som om de båda personerna beskriver två helt skilda händelser. Men det är samma sak de beskriver och båda har rätt. Det som är skillnaden är att de båda personerna inte räknar med samma tid och sträcka. Den som rör sig mycket fort har en tid som går långsammare och en sträcka som är kortare.

Ljuset rör sig alltid lika fort oavsett om man står stilla eller om man rör sig samt oavsett om ljuskällan rör sig eller står stilla. Detta medför att ingen eller ingenting kan komma ikapp ljuset för då skulle det ju verka som om ljuset stod stilla. För att inget skall kunna komma ikapp ljuset måste det bli tyngre ju fortare det rör sig.

All rörelse är relativ, det vill säga man kan inte själv avgöra om man själv står stilla eller rör sig i rak linje med jämn hastighet.

Vi tar ännu ett exempel:: Två män i en båt försöker åka mot strömmen. Om männen tittar ned mot vattnet så ser de hur båten rör sig fort i förhållande till vattnet (vattnet forsar förbi). På land står en kvinna och tittar på männen i båten. Hon tycker att båten står stilla, att den inte rör sig i förhållande till land. Hon kan däremot se när hon tittar ned i vattnet hur vattnet rör sig i förhållande till land.

SLUT!