LICHTGESCHWINDIGKEIT MESSEN
Erwin (IV5)
Ziel dieses Versuches, ist die Lichtgeschwindigkeit experimentell zu messen.
Aufbau:
Gesamtweg: Laser
– halbdurchlässiger Spiegel (Durchgang) - Drehspiegel – Linse - Spiegel 1 –
Spiegel 2 – Spiegel 1 – Linse – Drehspiegel – halbdurchlässiger Spiegel
(Reflexion) - Millimeterskala
Der Weg des Lichtstrahles beginnt am Laser. Von da aus, bewegt es sich
geradeaus, durch den halbdurchlässiger Spiegel, bis zum Drehspiegel. Dieser
bewegt sich mit einer bestimmten Frequenz um einen bestimmten Winkel α.
Dadurch verändert der Lichtstrahl seine Richtung.
Danach geht das Lichtstrahl durch eine Linse, die genau ihre Brennweite vom
Drehspiegel entfernt ist, bis es zu dem Spiegel 1 kommt und von ihm reflektiert
wird. Der Lichtstrahl trifft auf einem zweiten Spiegel, der genau senkrecht zum
Lichtstrahl liegt, sodass dieser reflektiert wird und denselben Weg bis zum
halbdurchlässigen Spiegel nimmt.
Beim halbdurchlässigen Spiegel wird er reflektiert und beim Stillstand des
Drehspiegels ist ein Punkt auf dem Schirm sichtbar. Beim Bewegen des Drehspiegels,
verschiebt sich dieser Punkt. Bei einer gröβeren Frequenz, ist die Distanz
zwischen den ersten und den zweiten Punkt auch gröβer.
Diese Differenz ist die wir eigentlich suchen, um zu überprüfen, dass Licht
auch eine Geschwindigkeit hat. Denn Licht braucht auch Zeit sich von einem
Platz bis zum einen anderen zu bewegen (konkret hier vom Drehspiegel über die
beiden Spiegel und wieder zurück).
Auf dem Bild
können sie den Weg vom Licht betrachten
Formel aus dem Datenblatt des Versuches, die wir aber nicht ganz verstanden
haben, da die Beschriftung des dazugehörigen Bildes etwas merkwürdig war.
f &xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp; = Brennweite der Linse
n&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp; = Drehfrequenz des Spiegels
Δs&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp; = Abstand zwischen
Punkt 1 (Ruhe) und Punkt 2 (Bewegung)
Messungen:
1. Versuch (n = 434,5 Hz, Δs = 4mm)
2. Versuch (n = 526,3 Hz, Δs = 4,8mm)
Die Ergebnisse waren eigentlich nicht überzeugen. Die sind leider zu klein.
Vielleicht hängt es damit ab, dass wir den Aufbau anders gemacht haben.
Um die
Drehspiegelfrequenz zu bestimmen, haben wir ein Phototransistor mit Oszilloskop in der Nähe des Drehspiegel
aufgebaut. Das Phototransistor wandelt das Licht, das
vom Drehspiegel reflektiert wird in elektrischen Strom um. Damit konnten wir
mit Hilfe des Oszilloskop die Spannung des
entstehendes Stromkreis bestimmen und damit auch die Drehfrequenz.
Wir haben die
Frequenz mit einer Stimmgabel überprüft. Die Stimmgabel hat eine Frequenz von
440 Hz. Durch Änderung der Frequenz des Drehspiegel, enstand
auf einmal Schwebung, wegen die Superposition der
zweier Schwingungen (fast gleicher Frequenz).
Am Bildschirm des Oszilloskop
konnten wir die Frequenz des Drehspiegel ablesen. 434,5 Hz, ziemlich nah von
440 Hz. Somit konnten wir sicher sein, die Drehfrequenz die das Oszilloskop zeigt, stimmt.
Da wir keine gute Werte herausbekommen haben, haben
wir selbst eine Formel hergeleitet, mit der Hoffnung, bessere Ergebnisse zu
bekommen.
Überlegung:
s = (Drehspiegel – Linse – Spiegel 1 – Spiegel 2) · 2
&xnbsp;&xnbsp; = (7,73m + 7,29m) · 2 = 30,04m
l&xnbsp; = (Drehspiegel – Laser)
&xnbsp;&xnbsp; = (Drehspiegel – halbdurchlässiger
Spiegel (Reflexion) – Millimeterskala)
&xnbsp;&xnbsp; = 7,21 m
für kleine Winkel gilt: 
&xnbsp;in Bogenmaβ.
weiter gilt:
&xnbsp; &xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;und
&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;&xnbsp;
,da der Drehwinkel = ½ Reflektionswinkel !!
t
in c =
&xnbsp;&xnbsp;einsetzen:
1. Versuch (n = 434,5 Hz):
2. Versuch (n = 526,3 Hz):
Mit dieser Formel haben wir sehr gute
Ergebnisse herausbekommen, denn in jeden Physikbuch
steht unter Lichtgeschwindigkeit der Wert
!