Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit nach Foucault

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
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 

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