Messung der Geschwindigkeit

Präsentation zum Thema: "Messung der Geschwindigkeit"—  Präsentation transkript:

1 Messung der Geschwindigkeit

2 Inhalt Definition der Geschwindigkeit
Messung der Schallgeschwindigkeit Zeitmessung mit Hilfe eines Oszilloskops Messung der Lichtgeschwindigkeit

3 Geschwindigkeit m/s t s m Die Geschwindigkeit ist ein Quotient, Formel
Einheit Anmerkung m/s Konstante Geschwindigkeit t s Zeit m In der Zeit t zurückgelegter Weg Die Geschwindigkeit ist ein Quotient, Zähler: Weg, Nenner: Zeit

4 Messung der Geschwindigkeit
Abstand vom Start zum Ziel s Zeitdifferenz m/s Geschwindigkeit Start 2 Ziel „Geschwindigkeit = Weg/Zeit“

5 Versuch zur Messung der Schall Geschwindigkeit
Ein elektrischer Impuls startet Im Lautsprecher einen Schallimpuls gleichzeitig die Zeitmessung im Oszilloskop Eine Wand im Abstand s/2 reflektiert den Schallimpuls Der reflektierte Schallimpuls erreicht das Mikrophon und erzeugt das zweite Signal im Oszilloskop: Die zweite Zeitmarke. Die Differenz zwischen den Zeiten beider Marken ist die Zeit, die der Schall für den Weg s in Luft benötigt Mehrfache Reflektionen des Schalls zwischen den Wänden der Laufstrecke erzeugen mehrfache, in der Intensität abklingende Signale im Oszilloskop.

6 Messung der Schallgeschwindigkeit
Schall reflek-tierende Wand Laut-sprecher Impuls- und Schall-geber s/2 Mikro-phon Oszillo-skop Zeit t Qualitativ angedeutet: Verbreiterung des „Schallpakets“senkrecht zur Ausbreitungsrichtung

7 Die Schallgeschwindigkeit
344 m/s ist die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 20°C Einheit cL = (331,5 + 0,6 ·T) m/s Schallgeschwindigkeit in Luft als Funktion der Temperatur T T °C Temperatur in °C Die Schallgeschwindigkeit in Luft steigt mit zunehmender Temperatur

8 Versuch zur Messung der Licht Geschwindigkeit
Licht eines Lasers wird mit Hilfe eines Polarisators vertikal polarisiert und trifft auf eine „Pockelszelle“, einem elektrisch sehr schnell schaltbaren Polarisator, der für vertikal polarisiertes Licht undurchlässig ist Mit einem elektrischen Impuls wird die Pockelszelle für 5 ns (5·10-9 s) auf Durchlass geschaltet, gleichzeitig startet die Zeitmessung im Oszilloskop Das 5 ns lange Wellenpaket trifft auf einen halbdurchlässigen Spiegel, der einen Teil des Lichts reflektiert und in einen „Photomultiplier“ lenkt, der bei Ankunft des Lichts ein elektrisches Signal zum Oszilloskop sendet: Die erste Zeitmarke. Licht, das durch den halbdurchlässigen Spiegel tritt, läuft zu einem Spiegel in 7,5 m Entfernung, dort wird es in Richtung Multiplier reflektiert. Bei Ankunft sendet der Multiplier das zweite Signal zum Oszilloskop: Die zweite Zeitmarke. Die Differenz zwischen den Zeiten beider Marken ist die Zeit, die das Licht für 15 m Weg in Luft benötigt Nach 1/1000 Sekunde wird ein neuer Puls gestartet, die Vorgänge in 2. bis 4. wiederholen sich, so dass auf dem Oszilloskop ein feststehendes Bild der Zeitmarken erscheint.

9 Polarisationsfilter Pockelszelle 7,50 m Laser Halbdurchlässiger Spiegel Spiegel Photomultiplier Intensität am Photomultiplier 50 ns Zeit

10 Die Lichtgeschwindigkeit: Eine Naturkonstante
Höchste Geschwindigkeit Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen Betrag c = m/s Verändert sich nicht beim Übergang auf relativ zueinander bewegte Koordinatensysteme: Thema der „Speziellen Relativitätstheorie“ Geschwindigkeit der Photonen Massen nehmen bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit um den Faktor 1/ Wurzel(1-v2/c2) zu

11 Die Lichtgeschwindigkeit
Einheit c = m/s Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante

12 Die Lichtgeschwindigkeit
Einheit c = m/s Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Die Lichtgeschwindigkeit ( c = 3 ·108 m/s) ist Eine Naturkonstante Höchste Geschwindigkeit für die Ausbreitung von Information und Energie Geschwindigkeit der Photonen Unabhängig von der Bewegung des Bezugsystems Kann von Teilchen mit Masse nicht erreicht werden, weil die Masse bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit zunimmt

13 Zusammenfassung Die Geschwindigkeit ist ein Quotient, Zähler: Weg,
Nenner: Zeit Die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 20° C beträgt 344 m/s Die Lichtgeschwindigkeit c = 3 · 108 m/s ist eine Naturkonstante, Geschwindigkeit der Photonen höchste Geschwindigkeit für die Ausbreitung von Information und Energie

14 finis s/2 t Schall reflek-tierende Wand Laut-sprecher Mikro-phon
Impuls- und Schall-geber s/2 Signal am Oszilloskop t Zeit Qualitativ angedeutet: Verbreiterung des „Schallpakets“senkrecht zur Ausbreitungsrichtung