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Andreas Karnbach - Die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit
(c) Andreas Karnbach
allgemeine Grössen
* genaue Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum): c=299.726,458 km/s
* gerundete Angabe der Lichtgeschwindigkeit: c=300.000 km/s
* ein Lichtjahr: ~9.461.000.000.000 km
* Lichtjahr ist die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt
* die Sonne ist 8,3 Lichtminuten entfernt (das Licht benötigt 8,3
Minuten um die Entfernung Erde - Sonne [Sonne - Erde] zurücklegen
zu können)
* der Mond ist 1,3 Lichtsekunden von der Erde entfernt (das Licht
benötigt 1,3 Sekunden um die Entfernung Erde - Erdtrabant [Erdtrabant
- Erde] zurücklegen zu können)
* im Wasser ist die Lichtgeschwindigkeit um etwa 25% geringer
* in Glas ist die Lichtgeschwindigkeit um etwa 35% geringer
Messung der Lichtgeschwindigkeit
* bereits im Jahre 1676 berechnete der Däne Ole Christensen Rømer die
Lichtgeschwindigkeit relativ genau (1% Abweichung zu den späteren
genaueren Messungen)
* 1% Abweichung hört sich zwar sehr wenig und kleinlich an, es ist
jedoch ein sehr genauer Wert notwendig, da in der Astronomie oftmals
mit sehr langen Distanzen gerechnet wird und 1% dann eine zu grosse
Abweichung darstellt
* es war nur eine angenäherte Berechnung auf astronomischer Basis
* seine Berechnungen waren insofern sehr bemerkenswert, da er seine
wissenschaftlichen Ergebnisse 11 Jahre vor Newtons "Principia
Mathematica" veröffentlichte (wichtiges Werk)
* er war einer der ersten Personen in der Neuzeit, die sich mit diesem
Thema befassten
* James Clerk Maxwell war ein englischer Physiker (*13.06.1831;
+05.11.1879)
* war Professor in Aberdeen, London, Cambridge
* schuf 1864 die elektromagnetische Lichttheorie
* 1859 leitete er das Verteilungsgesetz der Molekülgeschwindigkeiten
in Gasen ein
* u.a. arbeitete er an der Farbenlehre
* [1865] eine von Maxwells bedeutendsten Leistungen war die Theorie,
in der er vorschlug die Teilkräfte von Elektrizität und Magnetismus zu
vereinigen
* aus Maxwells Theorie folgt: Licht -und Radiowellen bewegen sich mit
einer konstanten Geschwindigkeit
* Newtons Theorie jedoch lies die Annahme von einem absoluten
Ruhepunkt nicht zu
* wenn man also annahm, dass das Licht sich mit einer bestimmten
Geschwindigkeit fortbewegt, so musste man angeben, in bezug worauf
diese Geschwindigkeit zu messen sei
* dies erklären: "die Lichtgeschwindigkeit ist verschieden, wenn ich
einfach nur neben dem Lichtstrahl stehe, oder ob ich direkt mit ihm
reise (allgemeiner Bezugspunkt für die Messung der
Lichtgeschwindigkeit)"
* so trug James Clerk Maxwell unter anderem dazu bei, die
Lichtgeschwindigkeit numerisch (in mathematische Theorie) zu bestimmen
Die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit durch Foucault und Fizeau
* Fizeau lebte von 1819-1896
* Foucault lebte von 1819-1868
* es gelang Foucault mit einem Pendel 1851, der Nachweis, dass die
Erde sich um ihre eigene Achse dreht (dieses Experiment machte er
alleine)
* er bestimmte die Lichtgeschwindigkeit in Zusammenarbeit mit dem frz.
Physiker Armand Hippolyte Fizeau
* die Experimente auf der Erde hatten eine höhere Genauigkeit
gegenüber den astronomischen Messungen von Ole Rømer
* Grundgedanke der Messungen der Lichtgeschwindigkeit
o ein Lichtstrahl wird von einer Lichtquelle auf einen ebenen
Drehspiegel gesendet
o dieser Drehspiegel lenkt den Lichtstrahl auf einen Hohlspiegel
o anschließend wird der Lichtstrahl wieder zurück auf den Drehspiegel
"geworfen"
o der Drehspiegel hat sich in dieser Zeit weitergedreht
o der Lichtstrahl wird somit nicht immer weiter reflektiert, sondern
gelangt mit einer seitlichen Verschiebung auf einen Schirm
o aufgrund der gemessenen Verschiebung ist es nun möglich die
Lichtgeschwindigkeit zu bestimmen, da sich ja der eine Spiegel in
einer bestimmten Zeit weitergedreht hat und aus der Strecke die der
Spiegel zurückgelegt hat, lässt sich sehr genau errechnen, wie lange
der Lichtstrahl für diese Strecke benötigt hat
o so ist es möglich die Lichtgeschwindigkeit, mit Hilfe einer Formel
von Foucault, zu berechnen
* der grosse Vorteil des von Foucault entwickelten Verfahrens besteht
nicht nur in der grösseren Genauigkeit sondern auch darin, dass dieser
Versuch nur einen kleinen Lichtweg benötigt und so in jedem
Laboratorium durchführbar ist
* es ist auch möglich die Lichtgeschwindigkeit noch in anderen Medien
zu bestimmen (z.B.: Wasser, Glas, Luft)
* um das zu erreichen füllt man den Raum zwischen dem Drehspiegel und
dem Hohlspiegel mit dem entsprechendem Medium aus
* auf diese Weise stellte Foucault fest, dass die Lichtgeschwindigkeit
der Medien Luft und Wasser im Verhältnis 4:3 stehen; das sagt aus,
dass die Lichtgeschwindigkeit im Wasser geringer ist als in der Luft
* dieses Experiment ist von zahlreichen Wissenschaftlern
weiterentwickelt wurden, so unter anderem vom Physiker A. Michelson
* das Ergebnis von vielen Messungen lautet: c=2,997925 * 108 m/s
Ein herzlicher Dank an Volker für die Übersendung der *.txt Datei.
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