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Startseite/Astronomie und Himmel/Lichtgeschwindigkeit (Schulversuch)

Lichtgeschwindigkeit (Schulversuch)

Abschätzung c ≈ 2D/Δt aus dem Hin- und Rückweg. Schema eines Versuchs; Kontext der Methoden von Fizeau (Zahnrad) und Foucault (Drehspiegel).

Hin und zurück

0.02 km
133 ns

c ≈ 2D/Δt für einen reflektierten Impuls. In echten Tischversuchen: modulierte Laser und Oszilloskope; bei Fizeau und Foucault Zahnräder und Drehspiegel, um dieselbe Größe abzuschätzen. Hier eine Rechnung, kein Versuch.

Gemessene Größen

c (Abschätzung)300.752 ×10⁶ m/s
c (definiert)299.792458 ×10⁶ m/s
|Fehler|0.32 %

Zum Modell

Die Lichtgeschwindigkeit bestimmt man im Schulversuch aus der Laufzeit: ein Impuls legt den Hin- und Rückweg 2D zum Reflektor zurück; aus der Verzögerung Δt folgt c ≈ 2D/Δt. Das ist ein Lehrschema im Geist der Versuche von Fizeau und Foucault mit Drehspiegel. Ändert man D, sieht man die direkte Proportionalität der Verzögerung zur Strecke. Emission, Reflexion und Nachweis gelten als instantan; das Medium ist ideales Vakuum, c ≈ 3×10⁸ m/s, ohne relativistische Korrekturen am Messverfahren selbst.

Für wen: Oberstufe und Studienbeginn: Wellen, Elektromagnetismus, Geschichte der Messung von Naturkonstanten.

Wichtige Begriffe

  • lichtgeschwindigkeit
  • laufzeit
  • fizeau-versuch
  • foucault-versuch
  • hin- und rückweg
  • lichtimpuls

So funktioniert es

Ein Lichtimpuls legt den Hin- und Rückweg 2D zum Spiegel zurück; aus der Verzögerung Δt folgt die Abschätzung c ≈ 2D/Δt. Im Schema: Quelle, Reflektor und Strecke; Regler D und Δt. So sind Labor-Laufzeitmessungen aufgebaut; historisch nutzte Fizeau ein Zahnrad, Foucault einen Drehspiegel. Das Medium ist Vakuum, c ≈ 3×10⁸ m/s; Emission und Nachweis gelten als instantan.

Häufige Fragen

Warum misst man die Lichtgeschwindigkeit so genau?
c ist eine Naturkonstante: Grenzgeschwindigkeit und Verbindung von Raum und Zeit in der Relativitätstheorie. Sie braucht man für GPS, Nachrichtenübertragung und astronomische Entfernungen; im SI legt sie das Meter fest.
Wie maßen Fizeau und Foucault so kurze Zeiten?
Nicht durch direktes Abzählen eines einzelnen Impulses, sondern mechanisch: Zahnräder bei Fizeau oder Drehspiegel bei Foucault. Die Verschiebung des zurückkehrenden Lichts bei bekannter Drehzahl lieferte die Verzögerung.
Läuft Licht immer mit derselben Geschwindigkeit?
c ≈ 3,00×10⁸ m/s ist die Geschwindigkeit im Vakuum. In Luft, Wasser oder Glas ist Licht langsamer (Brechungsindex). Hier ist das Vakuum eine gute Näherung für Luft auf irdischen Strecken.
Was begrenzt das einfache Laufzeitschema am stärksten?
Man muss Nanosekunden messen: für D = 1,5 m dauert der Hin- und Rückweg ≈ 10 ns. Die direkte elektronische Messung ist Technik des 20. Jahrhunderts; die historischen Methoden übersetzten die Zeit in einen Winkel oder eine Fleckverschiebung.