Messung der Lichtgeschwindigkeit "c" nach Ole Römer und Fizeau

Messung der Lichtgeschwindigkeit c

1. Bestimmung durch astronomische Beobachtung - Olaf Rømer (1675-76):

Olaf Rømer beobachtete das Verschwinden des Jupitermondes Io im Schatten des Jupiter (Verfinsterung des Jupitermondes).

In der Nahestellung des Jupiters zur Erde (Opposition des Jupiters zur Sonne) bestimmte Olaf Rømer die Zeit zwischen zwei Verfinsterungen des Jupitermondes zu 42,5 Stunden.

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Nach 103 Verfinsterungen (ungefähr ein halbes Jahr später) sollte die 104. Verfinsterung nach 103 x 42,5 h = 4377,5 h eintreten. Tatsächlich trat die Verfinsterung aber erst rund eine Viertelstunde später als erwartet ein.

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Ein halbes Jahr später:

Verspätung der 104. Verfinsterung: t = 1000s Erdbahndurchmesser: s = 3 x 10¹¹ m

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Olaf Rømer lieferte somit erstmals den Beweis für die schon von Galilei vermutete Endlichkeit der Lichtge- schwindigkeit. Dieser Wert ist im Laufe der Zeit durch genauere Meßverfahren verbessert worden; er gab aber zunächst wenigstens die Größenordnung der Lichgeschwindigkeit an.

Terrestrische Methoden:

Im vorigen Jahrhundert gelang es dann auch, die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde zu messen. Alle früheren Versuche scheiterten an der hohen Geschwindigkeit und den kurzen Zeiten, die gemessen werden mußten, wenn man als Entfernung irdische Strecken benutzte.

Die Zahnradmethode:

Als erster gelang es Hippolyte Fizeau 1849 die Lichtgeschwindigkeit mit einer aufwändigen Versuchsanordnung, die großes experimentelles Geschick erforderte, zu messen. Wegen dem hohen Wert der Lichgeschwindigkeit mußte ein möglichst langer Lichtweg hergestellt werden. Fizeau benutzte ein Zahnrad, das in schnelle Umdrehungen versetzt werden konnte. Von einer Lichtquelle ließ er einen Lichtstrahl durch eine Zahnlücke auf einen einige Kilometer entfernten Spiegel fallen. Dort wurde das Licht reflektiert. Die Anordnungen wurden so justiert, dass das zurückkommende Licht wieder durch eine Zahnlücke laufen konnte. Nun versetzte man das Zahnrad in rasche Rotation. Während des Zunehmens der Rotationsgeschwindigkeit stellte man zuerst eine abschwächung der Intensität des reflektierten Lichtstrahls fest, weil er durch die Zahnlücke ging und dann durch den folgenden Zahn verdeckt wurde. Aus der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit trat wieder ein Maximum an Helligkeit ein, da das Licht nun nach der Reflektion genau in die nächste Lücke fiel.

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Aus der Zeit, in der eine Lücke der nächsten folgte, und aus der Entfernung s des Spiegels vom Zahnrad errechnete sich die Lichtgeschwindigkeit zu: c = 2s / t