Hinweis: Das Konzept der Lichtgeschwindigkeit und die Messung der Lichtgeschwindigkeit geht zum Teil über deinen momentanen Kenntnisstand hinaus. Du benötigst den Begriff der Geschwindigkeit, der dir aber aus dem Alltag und vielleicht auch dem Mathematikunterricht vertraut ist. Wir zeigen die Versuche zur "Lichtgeschwindigkeit" trotzdem an dieser Stelle, weil sie zur geradlinigen Lichtausbreitung dazugehören. Und auch Dinge, die etwas über den Unterricht hinaus gehen, können dich ja interessieren.
Bestimmung per Laufzeitmessung zum Mond
Bei dem in der folgenden Animation gezeigten Versuch wird ein Laser für \(0,5\rm{s}\) lang eingeschaltet. Während er eingeschaltet ist, sendet der Laser einen sehr intensiven Lichtblitz zum Mond. Ein dort befindlicher Spiegel reflektiert das Licht in Richtung Erde zurück. Auf der Erde wird das Licht mit einem Empfänger registriert.
Aufgabe
Der Versuch zeigt, dass der Empfänger den Lichtblitz erst \(2{,}5\,\rm{s}\) nach dem Einschalten des Senders registriert. Die einfache Entfernung von Erde zum Mond beträgt dabei \(360000\,\rm{km}\).
Berechne hieraus den Wert der Lichtgeschwindigkeit.
Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit per Laufzeitmessung auf der Erde
Durch die Möglichkeit, sehr kurze Zeitspannen in der Größenordnung von \({10^{-10}}{\rm{s}}\) messen zu können, eröffnet sich eine leicht verständliche Möglichkeit der Messung der Lichtgeschwindigkeit.
Eine Sendediode sendet in regelmäßigen Abständen sehr kurze Lichtimpulse. In dem Augenblick, in dem die Leuchtdiode sendet, wird durch die sogenannte Triggerung veranlasst, dass der Elektronenstrahl im Oszilloskop losläuft. Die Lichtimpulse gelangen über einen halbdurchlässigen Spiegel und eine Linse auf die Spiegel 1 und 2. Das von den Spiegeln reflektierte Licht läuft über die Linse und den halbdurchlässigen Spiegel zur Empfangsdiode. Das von der Empfangsdiode ausgelöste elektrische Signal wird am Oszilloskop als Spitze (peak) registriert.
Da das Licht von Spiegel 1 einen um die Strecke \(2 \cdot \Delta x\) längeren Weg zurückzulegen hat, kann man aus der Zeitdifferenz \(\Delta t\) der beiden am Oszilloskop sichtbaren Peaks die Lichtgeschwindigkeit bestimmen.
Aufgabe
Im Versuch war die Strecke \(\Delta x = 7{,}50\,{\rm{m}}\), der zeitliche Abstand der beiden Peaks betrug \(50\,\rm{ns}\).
Berechne hieraus den Wert der Lichtgeschwindigkeit.
Weitere Messmethoden zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit
Im Laufe der Geschichte wurden verschiedene Messmethoden für die Lichtgeschwindigkeit entwickelt und genutzt. Ziel war dabei immer die noch genauere Messung dieser wichtigen Größe. Links zu weiteren Messmethoden findest du in der Linkliste am Ende des Artikels.