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Wie hat Fizeau die Lichtgeschwindigkeit bestimmt? - Zahnradmethode und Foucaults Verbesserung

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Floranifan

8.3.2021

Physik

Lichtgeschwindigkeit-Armand Fizeau

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Physik

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Elektrisches und magnetisches feld im nahbereich

Wie hat Fizeau die Lichtgeschwindigkeit bestimmt? - Zahnradmethode und Foucaults Verbesserung

Die Zahnradmethode Fizeau zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit war ein bahnbrechendes Experiment in der Geschichte der Physik. Diese innovative Methode ermöglichte die erste präzise terrestrische Messung der Lichtgeschwindigkeit.

• Die Methode basierte auf einem rotierenden Zahnrad und einem Spiegelsystem über eine Distanz von 8,633 km
• Fizeau erreichte einen Messwert von 313.000 km/s, was nur 5% vom heute bekannten Wert abweicht
• Das Experiment wurde später von Léon Foucault durch die Drehspiegelmethode weiter verfeinert
• Die Methode revolutionierte das Verständnis der Lichtausbreitung und legte den Grundstein für moderne Messverfahren

...

8.3.2021

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LICHTGESCHWINDIGKEIT ARMAND FIZEAU 45 Zahnradmethode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 01 ÜBERBLICK/GESCHICHTE 02 VERSUCHSAUFBAU 03 FU

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Versuchsaufbau des Fizeau-Experiments

Der Versuchsaufbau von Fizeau zur Beantwortung der Frage "Wie hat Fizeau die Lichtgeschwindigkeit bestimmt?" war komplex und innovativ:

  • Eine sehr helle Lichtquelle diente als Ausgangspunkt.
  • Ein rotierendes Zahnrad mit 720 Zacken wurde durch ein Räderwerk angetrieben.
  • Zwei Fernrohre wurden in einer Entfernung von 8,6 km voneinander aufgestellt.
  • Ein reflektierender Spiegel am Ende der Strecke sendete das Licht zurück.
  • Ein halbdurchlässiger Spiegel lenkte das zurückkehrende Licht zum Beobachter.

Vocabulary: Halbdurchlässiger Spiegel - Ein optisches Element, das einen Teil des einfallenden Lichts reflektiert und einen Teil durchlässt.

Das Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Luft wurde in der Nähe von Paris durchgeführt, wobei das Sendefernrohr im Belvedere und das Empfangsfernrohr auf der Höhe des Montmartre positioniert waren.

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Funktionsweise der Zahnradmethode

Die Zahnradmethode Fizeau funktionierte folgendermaßen:

  1. Das Licht wurde von der Quelle zum halbdurchlässigen Spiegel geleitet.
  2. Das rotierende Zahnrad erzeugte Lichtblitze, die zum entfernten Spiegel geschickt wurden.
  3. Das reflektierte Licht passierte erneut das Zahnrad und gelangte zum Beobachter.

Bei langsamer Rotation des Zahnrads konnte das Licht durch dieselbe Lücke zurückkehren, durch die es hindurchgegangen war. Bei schnellerer Rotation traf das Licht auf einen Zahn und wurde blockiert.

Example: Wenn das Zahnrad sich nicht oder sehr langsam drehte, sah der Beobachter im Takt der Zahnfolge das Licht aufblitzen.

Die Drehzahl des Zahnrads wurde so lange erhöht, bis der reflektierte Lichtstrahl vollständig blockiert wurde. Dies geschah bei einer Drehzahl von 12,6 Umdrehungen pro Sekunde.

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Ergebnis und Berechnung der Lichtgeschwindigkeit

Um die Frage "Wie berechnet man die Lichtgeschwindigkeit im Fizeau-Experiment?" zu beantworten, verwendete Fizeau folgende Formel:

c = 4 * d * n * f

Wobei:

  • d = Distanz 8630m8630 m
  • n = Anzahl der Zahnräder 720720
  • f = Drehfrequenz 12,6Umdrehungen/s12,6 Umdrehungen/s

Highlight: Die FIZEAU Lichtgeschwindigkeit Formel ergab einen Wert von etwa 313.000 km/s.

Dieser Wert lag nur etwa 5% über dem tatsächlichen Wert von 299.792 km/s. Die Ungenauigkeit wurde hauptsächlich durch die relativ kurze Entfernung und Schwierigkeiten bei der präzisen Drehzahlbestimmung verursacht.

Quote: "Berechnete Wert liegt mit 5% über dem richtigen Wert von ca. 299.792 km/s"

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Weiterentwicklung und Bedeutung des Experiments

Fizeaus Experiment war ein wichtiger Schritt in der Geschichte der Physik und beantwortete die Frage "Wer hat die Lichtgeschwindigkeit entdeckt?" auf experimentelle Weise. Die Methode wurde später von Léon Foucault mit der Drehspiegelmethode verbessert.

Vocabulary: Drehspiegelmethode - Eine verfeinerte Technik zur Messung der Lichtgeschwindigkeit, die einen schnell rotierenden Spiegel anstelle eines Zahnrads verwendet.

Die Drehspiegelmethode Foucault ermöglichte noch genauere Messungen der Lichtgeschwindigkeit und trug dazu bei, unser Verständnis der Lichtausbreitung zu vertiefen.

Highlight: Die Arbeiten von Fizeau und Foucault legten den Grundstein für spätere Theorien wie die spezielle Relativitätstheorie, die die Frage "Warum ist die Lichtgeschwindigkeit konstant?" behandelt.

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Quellen und weiterführende Informationen

Für diejenigen, die sich weiter mit dem Thema Foucault Lichtgeschwindigkeit oder der Zahnradmethode Schule beschäftigen möchten, gibt es zahlreiche Ressourcen:

  • Wissenschaftliche Artikel auf Websites wie leifiphysik.de und spektrum.de
  • Historische Darstellungen auf physik.cosmos-indirekt.de
  • Visualisierungen und Erklärvideos auf YouTube

Diese Quellen bieten detaillierte Einblicke in die Experimente von Fizeau und Foucault sowie in die Entwicklung der Lichtgeschwindigkeitsmessung im Laufe der Zeit.

Example: Ein empfohlenes Video zur Visualisierung des Fizeau-Experiments findet sich unter: https://www.youtube.com/watch?v=xqWnzaZHwf8

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Bildquellen und visuelle Darstellungen

Zur Veranschaulichung des Zahnrad Experiments und der beteiligten Wissenschaftler stehen verschiedene Bildquellen zur Verfügung:

  • Porträts von Hippolyte Fizeau auf Wikipedia
  • Animationen und Schemazeichnungen des Versuchsaufbaus auf leifiphysik.de
  • Historische Fotografien und Zeichnungen der verwendeten Apparaturen

Diese visuellen Darstellungen helfen, die komplexen Konzepte der Zahnradmethode Lichtgeschwindigkeit und der Drehspiegelmethode Lichtgeschwindigkeit besser zu verstehen und machen die historische Bedeutung dieser Experimente greifbar.

Highlight: Die Visualisierungen des Fizeau-Experiments sind besonders wertvoll für Schüler und Studenten, die die Zahnradmethode Schule im Physikunterricht behandeln.

LICHTGESCHWINDIGKEIT ARMAND FIZEAU 45 Zahnradmethode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 01 ÜBERBLICK/GESCHICHTE 02 VERSUCHSAUFBAU 03 FU

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Seite 8: Bildnachweise

Die letzte Seite dokumentiert die Herkunft der verwendeten Abbildungen und Fotografien.

Highlight: Die Visualisierungen tragen wesentlich zum Verständnis der komplexen Zahnradmethode bei.

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Physik

Elektromagnetismus

Elektromagnetische wellen

Elektrisches und magnetisches feld im nahbereich

 

Physik

•

1.186

•

8. März 2021

•

8 Seiten

Wie hat Fizeau die Lichtgeschwindigkeit bestimmt? - Zahnradmethode und Foucaults Verbesserung

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@floranifan_rdbp

Die Zahnradmethode Fizeau zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit war ein bahnbrechendes Experiment in der Geschichte der Physik. Diese innovative Methode ermöglichte die erste präzise terrestrische Messung der Lichtgeschwindigkeit.

• Die Methode basierte auf einem rotierenden Zahnrad und einem Spiegelsystem über eine... Mehr anzeigen

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Der Versuchsaufbau von Fizeau zur Beantwortung der Frage "Wie hat Fizeau die Lichtgeschwindigkeit bestimmt?" war komplex und innovativ:

  • Eine sehr helle Lichtquelle diente als Ausgangspunkt.
  • Ein rotierendes Zahnrad mit 720 Zacken wurde durch ein Räderwerk angetrieben.
  • Zwei Fernrohre wurden in einer Entfernung von 8,6 km voneinander aufgestellt.
  • Ein reflektierender Spiegel am Ende der Strecke sendete das Licht zurück.
  • Ein halbdurchlässiger Spiegel lenkte das zurückkehrende Licht zum Beobachter.

Vocabulary: Halbdurchlässiger Spiegel - Ein optisches Element, das einen Teil des einfallenden Lichts reflektiert und einen Teil durchlässt.

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Funktionsweise der Zahnradmethode

Die Zahnradmethode Fizeau funktionierte folgendermaßen:

  1. Das Licht wurde von der Quelle zum halbdurchlässigen Spiegel geleitet.
  2. Das rotierende Zahnrad erzeugte Lichtblitze, die zum entfernten Spiegel geschickt wurden.
  3. Das reflektierte Licht passierte erneut das Zahnrad und gelangte zum Beobachter.

Bei langsamer Rotation des Zahnrads konnte das Licht durch dieselbe Lücke zurückkehren, durch die es hindurchgegangen war. Bei schnellerer Rotation traf das Licht auf einen Zahn und wurde blockiert.

Example: Wenn das Zahnrad sich nicht oder sehr langsam drehte, sah der Beobachter im Takt der Zahnfolge das Licht aufblitzen.

Die Drehzahl des Zahnrads wurde so lange erhöht, bis der reflektierte Lichtstrahl vollständig blockiert wurde. Dies geschah bei einer Drehzahl von 12,6 Umdrehungen pro Sekunde.

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Ergebnis und Berechnung der Lichtgeschwindigkeit

Um die Frage "Wie berechnet man die Lichtgeschwindigkeit im Fizeau-Experiment?" zu beantworten, verwendete Fizeau folgende Formel:

c = 4 * d * n * f

Wobei:

  • d = Distanz 8630m8630 m
  • n = Anzahl der Zahnräder 720720
  • f = Drehfrequenz 12,6Umdrehungen/s12,6 Umdrehungen/s

Highlight: Die FIZEAU Lichtgeschwindigkeit Formel ergab einen Wert von etwa 313.000 km/s.

Dieser Wert lag nur etwa 5% über dem tatsächlichen Wert von 299.792 km/s. Die Ungenauigkeit wurde hauptsächlich durch die relativ kurze Entfernung und Schwierigkeiten bei der präzisen Drehzahlbestimmung verursacht.

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Fizeaus Experiment war ein wichtiger Schritt in der Geschichte der Physik und beantwortete die Frage "Wer hat die Lichtgeschwindigkeit entdeckt?" auf experimentelle Weise. Die Methode wurde später von Léon Foucault mit der Drehspiegelmethode verbessert.

Vocabulary: Drehspiegelmethode - Eine verfeinerte Technik zur Messung der Lichtgeschwindigkeit, die einen schnell rotierenden Spiegel anstelle eines Zahnrads verwendet.

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Example: Ein empfohlenes Video zur Visualisierung des Fizeau-Experiments findet sich unter: https://www.youtube.com/watch?v=xqWnzaZHwf8

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Highlight: Die Visualisierungen des Fizeau-Experiments sind besonders wertvoll für Schüler und Studenten, die die Zahnradmethode Schule im Physikunterricht behandeln.

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Überblick und Geschichte der Lichtgeschwindigkeitsmessung

Die Frage "Wie bestimmt man die Lichtgeschwindigkeit?" beschäftigte Wissenschaftler schon lange vor Fizeau. Bereits um 1600 versuchte Galileo Galilei, die Lichtgeschwindigkeit mit einem einfachen Experiment zu messen. Zwei Personen mit Lampen wurden auf getrennten Hügeln positioniert, um die Verzögerung des Lichtsignals zu messen. Dieses Experiment scheiterte aufgrund der enormen Geschwindigkeit des Lichts und lieferte lediglich einen Wert für die menschliche Reaktionszeit.

Highlight: Galileis Experiment war der erste dokumentierte Versuch, die Lichtgeschwindigkeit zu messen, auch wenn es nicht erfolgreich war.

Armand Hippolyte Louis Fizeau griff die Idee 1848/49 auf und entwickelte die Zahnradmethode, die es ermöglichte, die Geschwindigkeit des weißen Lichts experimentell zu bestimmen.

Definition: Die Zahnradmethode ist ein Verfahren zur Messung der Lichtgeschwindigkeit, bei dem ein rotierendes Zahnrad verwendet wird, um Lichtimpulse zu erzeugen und zu messen.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

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Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

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Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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