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Lichtgeschwindigkeit-Armand Fizeau
8.3.2021
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LICHTGESCHWINDIGKEIT ARMAND FIZEAU 45 Zahnradmethode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 01 ÜBERBLICK/GESCHICHTE 02 VERSUCHSAUFBAU 03 FUNKTIONSWEISE 04 05 ERGEBNIS QUELLEN GLIEDERUNG ÜBERBLICK 1848/9: Armand Hippolyte Louis Fizeau bestimmt auf experimentelle Weise die Geschwindigkeit von weißem Licht = Zahnradmethode Methode geht auf Experimente von Galileo Galilei von 1600 zurück: zwei Personen mit jeweils einer Lampe (+ Klappe zur Unterbrechung des Lichts) wurden auf zwei Hügel positioniert -> erste öffnet seine Lampe, der zweite drauf hin ebenso (wenn er das Lichtsignal wahrgenommen hat) -> erste versuchte dann die Verzögerung zwischen dem ersten Öffnen und dem Lichtsignal des anderen zu schätzen → Geschwindigkeit des Lichtes viel zu hoch, Ergebnis: lediglich ein Wert für die menschliche Reaktionszeit Armand Fizeau Galileo Galileis Experiment GALILEO ÜBERBLICK AUFBAU Armand Fizeaus Versuchsaufbau "Sende"-Fernrohr mit Zahnrad Zahnradantrieb "Empfangs Fernrohr mit Spiegel Lichtquelle Versuchsaufbau Zahnrad Spiegel d-8633 m halbdurchlässiger Spiegel Lichtquelle Experimentdurchführung entlang einer s=8,6 km lange Strecke in der Nähe von Paris Lichtquelle ,,Lampe mit sehr großer Helligkeit" rotierendes Zahnrad (n=720 Zacken) mit bestimmter Drehfrequenz-v; angetrieben durch Gewichte getriebene Räderwerk (von Hr. Fromet); Zähler ermittelte Umdrehungsgeschwindigkeit zwei Fernrohre (Sendefernrohr in Belvedere, Empfangsfernrohr auf Höhe des Montmartre) reflektierender Spiegel anstatt einer zweiten Person halbdurchlässiger Spiegel VERSUCHSAUFBAU Beobachter P habdurch siger Spiegel Beobachter ker "Sende" Fernrohr "Sende Ferro A Zahnradsystem Spiegel Hinweg d-8633m 90 d-8633m Zaterad Rückweg Ferror "Emptangs" "Empfangs- Ferrohr Halbspiegel Spege FUNKTIONSWEISE Licht wurde von der Lichtquelle zu einem halbdurchlässigen Spiegel weitergeleitet -> leitet das Licht in Form von Lichtblitzen (durch das drehende Zahnrad zustande kommend) zum zweiten Spiegel mit einer Distanz von 8633m -> Licht wird reflektiert + gelangt durch Zahnrad wieder zum Betrachter - Zahnrad dreht sich nicht/sehr langsam: kann direkt in das Auge des Betrachters...
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Alternativer Bildtext:
gelangen, da das Licht so schnell ist, dass es die gleiche Zahnradlücke beim Rückweg trifft, die es beim Hinweg zum reflektierenden Spiegel durchbrochen hat (Betrachter sieht dann im Takt der Zahnfolge das Licht aufblitzen) - schnellere Umdrehungen: schneller Hell-Dunkel-Wechsel kann unser Auge nicht ganz wahrnehmen -> man sieht eine ,,mittlere Helligkeit" Drehzahl des Zahnrades wird anschließend so lange erhöht, bis der reflektierte Lichtstrahl nicht mehr auf eine Zahnradlücke trifft, sondern auf den nächsten Zacken -> Beobachter konnten dann den Lichtstrahl nicht mehr sehen (trat bei einer Drehzahl von 12,6 Umdrehungen/s auf) FUNKTIONSWEISE ERGEBNIS für die Lichtgeschwindigkeit - d(Distanz)= 8630m - n(Zahnräder) = 720 - f(Drehfrequenz) = 12,6 Umdrehungen/s c=2+d - v (Zahnrad) = 2 * π *r*f 2*T*r n d (Zackenabstand) = t= d C= nof 2+n*f 2*d 1 2+n=f - c = 4 * (8630) * (720) * (12,6) km -C 313.000 = 4*d*n* f Beobachter Versuchsaufbau "Sende Hinweg d-8633m Armand Fizeau ERGEBNIS Berechnete Wert liegt mit 5% über dem richtigen Wert von ca. 299.792 km/s Ungenauigkeit liegt an der kurzen Entfernung und an der Drehzahlbestimmung Nachfolgermethode von Léon Foucalt: Drehspiegelmethode ERGEBNIS QUELLEN https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/g eschichte/messung-der-lichtgeschwindigkeit-nach- fizeau http://www.uranmaschine.de/32150. Lichtgeschwin digkeit nach Fizeaus Zahnradmethode/ https://physik.cosmos-indirekt.de/Physik- Schule/Hippolyte Fizeau https://pgd5.physik.hu- berlin.de/struma/klame17.htm 4 https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/g eschichte/messung-der-lichtgeschwindigkeit-durch- galilei https://www.spektrum.de/lexikon/physik/lichtgesch windigkeitsmessung/9013 https://www.youtube.com/watch?v=jUHgIYNEZJQ http://www.bsz- kamenz.de/aufgaben/physik/Themenseiten/html/fiz eau.html . Zur Visualisierung könnt ihr euch das hier noch kurz angucken: https://www.youtube.com/watch?v=xqWnzaZHwf8 QUELLEN CANON LENS CANON LENS E EF 50mm 114 PHOTOS https://de.wikipedia.org/wiki/Hippolyte_Fizeau#/media/Datei:Hippoly te_Fizeau.jpg https://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/lanternanim_lic htaus_ver.gif ● https://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/orgapparat_1_li chtaus_ver.gif https://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/fiz_prinzip_licht aus_ver.gif https://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/anistrahlen_lich taus_ver.gif https://en.wikipedia.org/wiki/Hippolyte_Fizeau#/media/File:Armand_ Hippolyte_Louis_Fizeau_by_Eug%C3%A8ne_Pirou_-_Original.jpg BILDQUELLEN