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

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Brand: Knowunity

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

Floranifan

@floranifan_rdbp

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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

1006

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

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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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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:

Das Licht wurde von der Quelle zum halbdurchlässigen Spiegel geleitet.
Das rotierende Zahnrad erzeugte Lichtblitze, die zum entfernten Spiegel geschickt wurden.
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 (8630 m)
n = Anzahl der Zahnräder (720)
f = Drehfrequenz (12,6 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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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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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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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.

Nichts passendes dabei? Erkunde andere Fachbereiche.

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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:

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Ein reflektierender Spiegel am Ende der Strecke sendete das Licht zurück.
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Funktionsweise der Zahnradmethode

Die Zahnradmethode Fizeau funktionierte folgendermaßen:

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

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.

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 (8630 m)
n = Anzahl der Zahnräder (720)
f = Drehfrequenz (12,6 Umdrehungen/s)

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

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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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