Physik-LK · Skript 4 · Wellenoptik
Lichtgeschwindigkeit: Laserabstandsmesser im Wasser
Der Laserabstandsmesser misst die Laufzeit Δt eines Lichtimpulses zum Spiegel und zurück und rechnet immer mit der Lichtgeschwindigkeit c in Luft: dAnzeige = c · Δt2. In der Flüssigkeit ist das Licht langsamer, v = cn. Deshalb zeigt das Gerät zu viel an: dAnzeige = hLuft + n · hWasser. Liegt das Gerät auf dem Rand, ist hLuft + hWasser = 40,0 cm fest.
So gehst du vor
- 1Miss zuerst mit leerem Zylinder: Tippe „Messen“. Die Anzeige ist der Abstand vom Gerät bis zum Spiegel am Boden.
- 2Gieße Flüssigkeit ein, lies die Füllhöhe hWasser in der Lupe am Lineal ab (auf 1 mm) und tippe „Messen“.
- 3Tippe „Anzeige in die Tabelle“ und trage die abgelesene Füllhöhe in der Tabelle selbst ein.
- 4Wiederhole für mindestens sechs Füllhöhen und werte aus: Die Steigung ist n − 1.
Anzeige d
– cm
Das Gerät löst 1 mm auf und streut um etwa 1 mm. Nach jedem Gießen neu messen.
Flüssigkeit
Beim Wechsel wird der Zylinder ausgeleert.
Füllen
Die Füllhöhe liest du selbst in der Lupe ab und trägst sie in die erste Spalte ein.
Messreihe: Anzeige über der Füllhöhe
Mit hLuft = 40,0 cm − hWasser wird dAnzeige = 40,0 cm + (n − 1) · hWasser: eine Gerade mit der Steigung n − 1. Die senkrechte Achse beginnt nicht bei null.
| Nr. | Füllhöhe hWasser in cm | Anzeige dAnzeige in cm |
|---|
Aufträge
- Miss mit leerem Zylinder. Welche Laufzeit Δt misst das Gerät, und welche Zeitauflösung braucht es, um 1 mm aufzulösen?
- Fülle etwa 20 cm Wasser ein. Um wie viel zeigt das Gerät mehr an als ohne Wasser? Vergleiche mit (n − 1) · hWasser.
- Nimm eine Messreihe mit mindestens sechs Füllhöhen auf und bestimme n und die Lichtgeschwindigkeit v in Wasser.
- Beispiel aus dem Skript: Liegt das Gerät auf einem randvollen Glas (hLuft ≈ 0) mit 9,0 cm Wasser, zeigt es etwa 12,0 cm an. Prüfe mit einem fast vollen Zylinder, ob dAnzeige ≈ n · hWasser gilt.
- Wiederhole mit Speiseöl. Warum ist die Gerade steiler?
- Bestimme die Brechzahl von Flüssigkeit X. Wie genau wird sie, wenn du nur eine einzige Füllhöhe misst? Löse erst danach auf.
Theorie: Wellenoptik-Skript, Kapitel „Grundlagen: Vom Strahl zur Welle“, Abschnitte „Wie misst man die Lichtgeschwindigkeit?“ und „Experiment: Der Laserabstandsmesser im Wasser“.