Messung der Lichtgeschwindigkeit c
1. Bestimmung durch astronomische Beobachtung - Olaf Rømer (1675-76):
Olaf Rømer beobachtete das Verschwinden des Jupitermondes Io im Schatten des Jupiter (Verfinsterung des Jupitermondes).
In der Nahestellung des Jupiters zur Erde (Opposition des Jupiters zur Sonne) bestimmte Olaf Rømer die Zeit zwischen zwei Verfinsterungen des Jupitermondes zu 42,5 Stunden.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Nach 103 Verfinsterungen (ungefähr ein halbes Jahr später) sollte die 104. Verfinsterung nach 103 x 42,5 h = 4377,5 h eintreten. Tatsächlich trat die Verfinsterung aber erst rund eine Viertelstunde später als erwartet ein.
Ein halbes Jahr später:
Verspätung der 104. Verfinsterung: t = 1000s Erdbahndurchmesser: s = 3 x 1011 m
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Olaf Rømer lieferte somit erstmals den Beweis für die schon von Galilei vermutete Endlichkeit der Lichtge- schwindigkeit. Dieser Wert ist im Laufe der Zeit durch genauere Meßverfahren verbessert worden; er gab aber zunächst wenigstens die Größenordnung der Lichgeschwindigkeit an.
Terrestrische Methoden:
Im vorigen Jahrhundert gelang es dann auch, die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde zu messen. Alle früheren Versuche scheiterten an der hohen Geschwindigkeit und den kurzen Zeiten, die gemessen werden mußten, wenn man als Entfernung irdische Strecken benutzte.
Die Zahnradmethode:
Als erster gelang es Hippolyte Fizeau 1849 die Lichtgeschwindigkeit mit einer aufwändigen Versuchsanordnung, die großes experimentelles Geschick erforderte, zu messen. Wegen dem hohen Wert der Lichgeschwindigkeit mußte ein möglichst langer Lichtweg hergestellt werden. Fizeau benutzte ein Zahnrad, das in schnelle Umdrehungen versetzt werden konnte. Von einer Lichtquelle ließ er einen Lichtstrahl durch eine Zahnlücke auf einen einige Kilometer entfernten Spiegel fallen. Dort wurde das Licht reflektiert. Die Anordnungen wurden so justiert, dass das zurückkommende Licht wieder durch eine Zahnlücke laufen konnte. Nun versetzte man das Zahnrad in rasche Rotation. Während des Zunehmens der Rotationsgeschwindigkeit stellte man zuerst eine abschwächung der Intensität des reflektierten Lichtstrahls fest, weil er durch die Zahnlücke ging und dann durch den folgenden Zahn verdeckt wurde. Aus der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit trat wieder ein Maximum an Helligkeit ein, da das Licht nun nach der Reflektion genau in die nächste Lücke fiel.
Messung der Lichtgeschwindigkeit c
1. Bestimmung durch astronomische Beobachtung - Olaf Rømer (1675-76):
Olaf Rømer beobachtete das Verschwinden des Jupitermondes Io im Schatten des Jupiter (Verfinsterung des Jupitermondes).
In der Nahestellung des Jupiters zur Erde (Opposition des Jupiters zur Sonne) bestimmte Olaf Rømer die Zeit zwischen zwei Verfinsterungen des Jupitermondes zu 42,5 Stunden.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Nach 103 Verfinsterungen (ungefähr ein halbes Jahr später) sollte die 104. Verfinsterung nach 103 x 42,5 h = 4377,5 h eintreten. Tatsächlich trat die Verfinsterung aber erst rund eine Viertelstunde später als erwartet ein.
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Ein halbes Jahr später:
Verspätung der 104. Verfinsterung: t = 1000s Erdbahndurchmesser: s = 3 x 1011 m
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Olaf Rømer lieferte somit erstmals den Beweis für die schon von Galilei vermutete Endlichkeit der Lichtge- schwindigkeit. Dieser Wert ist im Laufe der Zeit durch genauere Meßverfahren verbessert worden; er gab aber zunächst wenigstens die Größenordnung der Lichgeschwindigkeit an.
Terrestrische Methoden:
Im vorigen Jahrhundert gelang es dann auch, die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde zu messen. Alle früheren Versuche scheiterten an der hohen Geschwindigkeit und den kurzen Zeiten, die gemessen werden mußten, wenn man als Entfernung irdische Strecken benutzte.
Die Zahnradmethode:
Als erster gelang es Hippolyte Fizeau 1849 die Lichtgeschwindigkeit mit einer aufwändigen Versuchsanordnung, die großes experimentelles Geschick erforderte, zu messen. Wegen dem hohen Wert der Lichgeschwindigkeit mußte ein möglichst langer Lichtweg hergestellt werden. Fizeau benutzte ein Zahnrad, das in schnelle Umdrehungen versetzt werden konnte. Von einer Lichtquelle ließ er einen Lichtstrahl durch eine Zahnlücke auf einen einige Kilometer entfernten Spiegel fallen. Dort wurde das Licht reflektiert. Die Anordnungen wurden so justiert, dass das zurückkommende Licht wieder durch eine Zahnlücke laufen konnte. Nun versetzte man das Zahnrad in rasche Rotation. Während des Zunehmens der Rotationsgeschwindigkeit stellte man zuerst eine abschwächung der Intensität des reflektierten Lichtstrahls fest, weil er durch die Zahnlücke ging und dann durch den folgenden Zahn verdeckt wurde. Aus der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit trat wieder ein Maximum an Helligkeit ein, da das Licht nun nach der Reflektion genau in die nächste Lücke fiel.
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Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dem Text "Messung der Lichtgeschwindigkeit c"?
Der Text beschreibt verschiedene Methoden zur Messung der Lichtgeschwindigkeit (c). Zuerst wird die astronomische Methode von Olaf Rømer (1675-76) erläutert, bei der die Verfinsterung des Jupitermondes Io beobachtet wurde, um die Lichtgeschwindigkeit zu bestimmen. Anschließend werden terrestrische Methoden, insbesondere die Zahnradmethode von Hippolyte Fizeau (1849), beschrieben, bei der ein rotierendes Zahnrad und ein entfernter Spiegel verwendet wurden, um die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde zu messen.
Wie hat Olaf Rømer die Lichtgeschwindigkeit gemessen?
Olaf Rømer beobachtete die Verfinsterungen des Jupitermondes Io. Er stellte fest, dass die Zeit zwischen zwei Verfinsterungen nicht konstant war, sondern sich je nach der Position der Erde relativ zu Jupiter veränderte. Die Verzögerung der Verfinsterungen deutete darauf hin, dass das Licht eine endliche Zeit benötigt, um die Entfernung zwischen Erde und Jupiter zu überwinden. Aus der beobachteten Verzögerung schätzte Rømer die Lichtgeschwindigkeit.
Was war Rømers Beobachtung bezüglich der Verfinsterung des Jupitermondes Io?
Rømer beobachtete, dass nach 103 Verfinsterungen des Jupitermondes Io, die 104. Verfinsterung etwa eine Viertelstunde (1000 Sekunden) später eintrat als erwartet. Dies führte er auf die unterschiedliche Entfernung zwischen Erde und Jupiter in verschiedenen Phasen der Erdbahn um die Sonne zurück.
Was ist die Zahnradmethode zur Messung der Lichtgeschwindigkeit?
Die Zahnradmethode, entwickelt von Hippolyte Fizeau, nutzt ein rotierendes Zahnrad, um einen Lichtstrahl zu unterbrechen. Der Lichtstrahl passiert eine Zahnlücke, wird von einem entfernten Spiegel reflektiert und muss dann wieder durch eine Zahnlücke zurückkehren. Durch Erhöhen der Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads kann man einen Punkt erreichen, an dem das zurückkehrende Licht durch den folgenden Zahn blockiert wird, wodurch die Intensität abnimmt. Eine weitere Erhöhung der Geschwindigkeit führt dazu, dass das Licht in die nächste Lücke fällt und die Intensität wieder zunimmt. Aus der Rotationsgeschwindigkeit und der Entfernung zum Spiegel kann die Lichtgeschwindigkeit berechnet werden.
Wie berechnet man die Lichtgeschwindigkeit mit der Zahnradmethode?
Die Lichtgeschwindigkeit (c) wird mit der Formel c = 2s / t berechnet, wobei 's' die Entfernung des Spiegels vom Zahnrad ist und 't' die Zeit ist, die eine Lücke benötigt, um an die Stelle der nächsten zu gelangen. Diese Zeit entspricht der Zeit, die das Licht benötigt, um zum Spiegel und zurück zu gelangen.
- Quote paper
- Matthias Schmidt (Author), 2000, Messung der Lichtgeschwindigkeit "c" nach Ole Römer und Fizeau, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/97107
