Arbeitsblatt: Die Lichtgeschwindigkeit

Die Lichtgeschwindigkeit Wenn wir von Lichtausbreitung sprechen, stellen wir uns vor, dass Lichtstrahlen von einer Lichtquelle ausgehen und sich allseitig und geradlinig durch den Raum bewegen. Eine Bewegung erfolgt immer mit einer Geschwindigkeit. Demnach müsste sich das Licht mit einer Geschwindigkeit ausbreiten. Olaf Römer (1644 bis 1710) berechnete im Jahre 1675 nach mehrfacher Beobachtung des Eintritts des innersten Jupitermondes in den Kernschatten des Planeten die Zeitpunkte der zukünftigen Mondverfinsterungen. Ein halbes Jahr später stellte er jedoch fest, dass sich die Mondfinsternis um 1000 Sekunden verzögerte. Es handelt sich um die Zeit, die das Licht zusätzlich benötigt, um den doppelten Erdumlaufbahnradius zurückzulegen. Lichtgeschwindigkeit: c Strecke 3000000 km km 30000 Zeit 100s Die erste Messung der Lichtgeschwindigkeit auf der Erde gelang im Jahre 1848 Hippolyte Fizeau (1819 1896) in Paris. Er liess das Licht auf einer fast 9 km langen Strecke laufen. Die Unterbrechung des Lichtes d.h. die Erzeugung von kurzen Lichtblitzen erfolgte durch ein sich drehendes Zahnrad mit 720 Zähnen. Dreht sich das Zahnrad nicht oder nur sehr langsam, so kann das Licht, welches von der Quelle über den halbdurchlässigen Spiegel durch eine Zahnradlücke zum entfernten Spiegel läuft, ins Auge des Beobachters gelangen, da das Licht so schnell ist, dass es beim Rücklauf noch die gleiche Lücke passieren kann. Jeder Lichtblitz gelangt also ins Auge des Beobachters, der bei sehr langsamer Zahnraddrehung die Lampe im Takt der Zahnfolge aufblitzen sieht. Bei schneller Umdrehung kommt unser Auge bei den HellDunkelWechseln nicht mehr mit, es sieht eine mittlere Helligkeit. Erhöht man die Drehgeschwindigkeit des Zahnrades, so tritt einmal der Fall ein, dass das vom entfernten Spiegel reflektierte Licht auf den Zahn trifft, welcher auf die Lücke folgt, durch die das Licht beim Hinweg lief. Der Beobachter stellt nun Dunkelheit fest. Dies war bei 12,6 Umdrehungen pro Sekunde der Fall. Aufgaben: 1. Fizeaus Zahnrad hatte 720 Zahnräder. Die erste Verdunkelung beobachtete er bei 12,6 Umdrehungen pro Sekunde. Berechne die Lichtgeschwindigkeit. Tipps: Errechne, wie oft sich pro Sekunde eine Lücke vor dem Auge befindet und wie oft ein Zahn. Wie lange dauert es, bis ein Zahn an die Stelle einer Lücke getreten ist? Zähne pro Sekunde: Lücken pro Sekunde: 12,6 720 972 12,6 720 972 Zeit, bis ein Zahn an die Stelle einer Lücke tritt: 1 : 18144 0,000055115 .s 2 31300 km t 2. Die Sonne ist etwa 1500000 km von der Erde entfernt. Wie lange ist das Sonnenlicht zur Erde unterwegs? (Lichtgeschwindigkeit: 30000 km/s) v t 3. 1500000 500 8,3 min 30000 In der Astronomie ist das Lichtjahr eine wichtige Entfernungseinheit. Welche Entfernung könnte damit gemeint sein? Wie gross ist diese Entfernung in km? Die Streck, die das Licht in einem Jahr zurücklegt: 1Lj 365 24 60 60 30000 km 94608000000 km 9,5 1012 km 4. Der der Sonne am nächsten liegende Stern der Milchstrasse ist der Centauri. Er ist von der Sonne ca. 4,5 Lichtjahre entfernt. Wie viele Kilometer sind das und wie lange braucht das Licht für diese Strecke? 4,5 9,5 1012 km 42750000000 km 4,275 1013 km 5. Von der Seite betrachtet ist unsere Milchstrasse eine flache Scheibe. Unsere Sonne stellt darin ein relativ unbedeutendes Mitglied dar. Der Durchmesser der Milchstrasse ist ca. 30 kpc (Kiloparsec). Wie lange bräuchte das Licht, um die Milchstrasse zu durchqueren? 1 parsec (1 pc): 1 pc 3,26 Lichtjahre (Lj) 30 kpc 3000 pc 3000 3,26 Lj 97800 Lj Das Gedankenexperiment mit der Lichtuhr Spiegel Die Lichtuhr besteht aus zwei Spiegeln, deren Abstand je eine halbe Lichtsekunde entfernt ist. Ein Lichtimpuls wird am unteren Spiegel losgeschickt. Wenn er wieder zurückkehrt ist eine Sekunde vergangen. Wie weit müssten bei einer Lichtuhr die beiden Spiegel voneinander entfernt sein? Spiegel Eine solche Lichtuhr fährt nun in einem mit der grossen Geschwindigkeit bewegten Zug. Sie wird einerseits beobachtet vom im Zug befindlichen bewegten Beobachter und andrerseits vom ausserhalb des Zugs befindlichen ruhenden Beobachter. Bewegter Beobachter: Ruhender Beobachter: