1.1 Die Lichtgeschwindigkeit

1.1 Die Lichtgeschwindigkeit
1.1.1 Römer und die Lichtgeschwindigkeit
Die Zeit für einen Umlauf des innersten Jupitermondes beträgt 42,5 h. Römer
stellte fest, dass die Umlaufzeit länger wurde, wenn sich die Erde von Position 1
nach Position 3 bewegte und dass die Umlaufzeit kürzer wurde, wenn sich die
Erde von Position 3 nach Position 1 bewegte.
Extrapoliert (Extrapolieren deshalb, weil man in exakt Position 3 den Jupiter gar
nicht sehen kann, da sich die Sonne zwischen Erde und Jupiter befindet.) man
die auf dem Weg von 1 nach 3 gemessenen Werte auf die Position 3, so ergibt
sich bei Position 3 eine Verspätung gegenüber Position 1 um 1000 s.
Römer schloss daraus, dass das Licht 1000 s braucht um von Position 1 nach
Position 3 zu gelangen. Die Entfernung der beiden Positionen ist gleich dem
Durchmesser der Umlaufbahn der Erde um die Sonne, also ca. 3  108 km.
In 1 s legt das Licht also ca. 3  105 km zurück (Lichtgeschwindigkeit).
Dass der Jupiter sich ebenfalls auf einer Umlaufbahn bewegt, ist hier nicht
berücksichtigt, da die Änderung der Wegstrecke Jupiter-Erde bei einer
derartigen Abschätzung vernachlässigbar ist.
1.1.2 Fizeau und die Lichtgeschwindigkeit
Fizeau lenkte den Lichtstrahl auf eine Glasplatte, die im 45° Winkel zum
auftreffenden Lichtstrahl stand. Unmittelbar hinter der Glasplatte montierte er
ein Zahnrad. In etwa 8 km Entfernung montierte er einen Spiegel, der den
Strahl in sich spiegelte, sodass der Lichtstrahl vom Beobachter gesehen
werden konnte.
Wenn Fizeau das Zahnrad schnell genug drehte, verschwand der Lichtstrahl,
da dieser auf Grund der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit erst dann wieder
auf dem Zahnrad eintraf, als dieses sich bis zum nächsten Zahn (B) weiter
bewegte.
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Fizeau erhöhte nun die Geschwindigkeit so weit, dass er den Lichtstrahl wieder
sehen konnte. Das Zahnrad hatte sich bis zur nächsten Zahnlücke (C) weiter
bewegt.
Aus der Drehzahl, der Zahl der Zähne und der Entfernung des Spiegels vom
Zahnrad konnte Fizeau die Lichtgeschwindigkeit berechnen.
Um den Lichtstrahl zu bündeln, musste Fizeau mit Hilfe von Linsen die gesamte
Apparatur optimieren.
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1.1.3 Foucault und die Lichtgeschwindigkeit
Beim Versuch von Foucault trifft der Lichtstrahl von der Lichtquelle L kommend
auf einen rotierenden Spiegel (B). Von dort wird der Lichtstrahl auf einen
Hohlspiegel (A) reflektiert. Der dort reflektierte Lichtstrahl trifft wieder auf den
Spiegel (B). (1 Pkt )
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Da sich der Spiegel B und damit die Spiegelebene zwischenzeitlich sich um den
Winkel a gedreht hat, wird der ankommende Strahl nicht mehr auf die
Lichtquelle L zurückgeworfen, sondern auf den Punkt C. (1 Pkt )
Aus der Drehzahl des Spiegels, den Entfernungen a und b und der
Verschiebung s (dLC) kann man letztlich die Lichtgeschwindigkeit errechnen.
(1 Pkt )
Der Versuch erfordert eine äußerst exakt eingestellte Apparatur mit Linsen und
in A einen sehr hochwertigen Hohlspiegel mit vorgeschalteter Blende. (1
Zusatzpunkt)
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