Gibt es irgendwelche Experimente, die ich durchführen kann, um die Lichtgeschwindigkeit nur mit gewöhnlichen Haushaltswerkzeugen abzuleiten?
Ich weiß nicht, ob es sich um ein Heimexperiment handelt, aber Sie können über das Internet kostenlos auf Tausende von Kilometern Glasfaser zugreifen. Es erlaubt Ihnen, eine untere Grenze für die Lichtgeschwindigkeit in den Fasern zu messen, das heißt , wo ist der Brechungsindex von Glas, typischerweise um 1,5. Dies entspricht . Mit Ping messen Sie eine Roundtrip-Zeit, das heißt sie sollte 100 km/ms Roundtrip entsprechen.
Von Paris aus pinge ich die Website von Columbia an, in New York habe ich sie
fred@sanduleak2:~$ ping www.columbia.edu
PING www.columbia.akadns.net (128.59.48.24) 56(84) bytes of data.
64 bytes from www-csm.cc.columbia.edu (128.59.48.24): icmp_req=1 ttl=113 time=125 ms
64 bytes from www-csm.cc.columbia.edu (128.59.48.24): icmp_req=2 ttl=113 time=116 ms
....
64 bytes from www-csm.cc.columbia.edu (128.59.48.24): icmp_req=16 ttl=113 time=112 ms
^C
--- www.columbia.akadns.net ping statistics ---
17 packets transmitted, 16 received, 5% packet loss, time 16023ms
rtt min/avg/max/mdev = 108.585/118.151/132.156/7.728 ms
Die minimale Rundreisezeit beträgt 108 ms, was 10.800 km statt 5839 km entsprechen würde. Aus um den Faktor 2, aber die richtige Größenordnung, aufgrund von Verzögerungen bei Schaltern usw., weshalb wir gesagt haben, dass dies eine untere Grenze ist.
Schaut man sich die Flugbahn meiner Pakete nach New York genauer antracepath
fred@sanduleak2:~$ tracepath www.columbia.edu
1: sanduleak2 0.266ms pmtu 1500
....
3: pioneer.ens-cachan.fr 1.072ms
....
6: vl172-orsay-rtr-021.noc.renater.fr 28.747ms asymm 9
7: te0-1-0-5-paris1-rtr-001.noc.renater.fr 20.931ms
8: renater.rt1.par.fr.geant2.net 30.307ms asymm 9
9: so-3-0-0.rt1.lon.uk.geant2.net 33.780ms asymm 10
10: so-2-0-0.rt1.ams.nl.geant2.net 36.570ms asymm 11
11: xe-2-3-0.102.rtr.newy32aoa.net.internet2.edu 127.394ms asymm 12
12: nyc-7600-internet2-newy.nysernet.net 128.238ms
13: columbia.nyc-7600.nysernet.net 135.948ms
14: ....
Wir sehen, dass die Pakete umherreisen (Paris, London, Amsterdam) und den Atlantik zwischen Amsterdam (10) und New-York (11) in 127-37=90 ms (Hin- und Rückweg) überqueren. Das gibt uns immer noch eine Distanz von 9000 km, viel zu lang. Ich weiß nicht, ob es an der Kabelbahn, elektronischen Verzögerungen, einer kleinen Abtastung durch Tracepath oder einem Fehler in meiner Berechnung liegt.
Im Zusammenhang mit dieser Ping-Verzögerung haben Sie den lustigen 500-Meilen-Fehler .
Ein weiteres Laborexperiment mit billigem Material und Computern ist die arXiv-Papiergeschwindigkeitsmessung mit Ping . Ihre Messung ist jedoch indirekt (sie messen die Ausbreitung innerhalb von CAT5-Kabeln), sollte aber auch mit Glasfasern machbar sein.
Bearbeitet, um hinzuzufügen : Meine Idee, Tracepath zu verwenden, stammt wahrscheinlich von Measuring the Earth with Traceroute . In dieser Zeitung haben sie mehr Glück als ich (nur 20 % langsamer, statt 100 % !)
Es gibt einen Trick, von dem ich schon einmal gehört, aber noch nie versucht habe. Die Grundidee besteht darin, einen Marsriegel für kurze Zeit in einen Mikrowellenherd zu legen. Zuerst entfernt man den Drehteller, damit der Schokoriegel stehen bleibt. Dann schalten Sie die Mikrowelle gerade so lange ein, bis die Schokolade zu schmelzen beginnt. Es sollte an den Knoten des stehenden Feldes schmelzen. Sie messen einfach den Abstand zwischen den Knoten und multiplizieren ihn mit der Frequenz des Mikrowellenofens, um die Lichtgeschwindigkeit zu erhalten. Hier gibt es eine YouTube-Demonstration (von einem Kind) .
Sie könnten einen Kondensator finden und seine Kapazität ablesen, alternativ einen bauen und ihn messen und seine Abmessungen messen. Jetzt können Sie die Permittivität des Vakuums, Epsilon, gut abschätzen.
Es gibt möglicherweise andere komplizierte Methoden, um diese Zahl zu messen.
Die Lichtgeschwindigkeit wird dann durch eine Beziehung angegeben, die eine andere Zahl beinhaltet, die Vakuumdurchlässigkeit, µ, die keiner Messung bedarf, da sie definiert ist.
Diese Beziehung kann aus den Maxwell-Gleichungen abgeleitet werden.
Mit einer Uhr und einem Teleskop könnte man Rømers Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit wiederholen .
Vielleicht möchten Sie auch die Drehspiegelmethode von Léon Foucault ausprobieren. Es wird hier und hier ausführlich beschrieben . Der einzige schwierige Teil ist der rotierende Spiegel, aber es könnte wahrscheinlich mit einem Bohrer gemacht werden.
Ich kann mir keine Möglichkeit vorstellen, dies mit "üblichen Haushaltswerkzeugen" zu tun, aber wenn Sie ein Oszilloskop, eine Laserdiode, ein paar Fotosensoren und einen Strahlteiler haben, können Sie dies tun. All diese Dinge sind in Wissenschaftsbedarfs-/Hobbyläden online leicht erhältlich, aber normalerweise nicht in den meisten Haushalten.
Richten Sie die Laserdiode so ein, dass sie auf den Strahlteiler trifft und in zwei Strahlen aufgeteilt wird. Richten Sie die beiden Strahlen so ein, dass sie auf zwei Fotosensoren treffen, aber machen Sie einen der Fotosensoren genau doppelt so weit vom Strahlteiler entfernt wie der andere. Dadurch werden zwei getrennte Wege für das Licht erzeugt, einer doppelt so lang wie der andere. Führen Sie den Ausgang der Fotodioden in zwei Kanäle des Oszilloskops. Schalten Sie die Laserdiode ein, und Sie sollten zwei Impulse auf dem O-Scope sehen, einen von jeder der beiden Laserdioden. Die Differenz zwischen ihnen ist die Zeit, die der Lichtstrahl benötigt, um die Distanz der Differenz auf den beiden Wegen zurückzulegen.
Der Grund dafür ist die Genauigkeit - wenn Sie nur einen Strahl hatten und Ihre Fotodiode zum Einschalten beispielsweise 1 Mikrosekunde länger brauchte als in der Dokumentation angegeben oder Ihr Laser sich nur langsam einschaltete, dann Sie würde zu sehr ungenauen Ergebnissen führen. Aber bei zwei Strahlen heben sich diese Fehler gegenseitig auf, und so bleibt Ihnen nur die Zeit des Lichts.
Diese Laser-Maßbänder arbeiten auf eine interessante Weise, die auf der Lichtgeschwindigkeit beruht, um die Entfernung zu bestimmen. Wenn Sie also umgekehrt eine bekannte Entfernung haben, sollten Sie mit derselben Ausrüstung in der Lage sein, c zu schätzen.
Was die Maßbänder tun, ist die Intensität des ausgehenden Lasers entsprechend der Intensität des reflektierten Lichts zu modulieren. Es ist im Grunde ein Oszillator, dessen Frequenz von der optischen Laufzeitverzögerung abhängt. Die kommerziellen Produkte verwenden die resultierende Frequenz, um einen Anzeigeabstand zu bestimmen.
Wenn Sie an den Oszillatorausgang gelangen und eine bekannte Entfernung messen können, sollten Sie in der Lage sein, c als Frequenz in Hz multipliziert mit der Hin- und Rückstrecke in Metern abzuschätzen.
Vielleicht ein Fizeau-Interferometer:
http://en.wikipedia.org/wiki/Fizeau_interferometer
Das meiste davon sollte in Reichweite eines begeisterten Amateurs sein, aber ich bin mir nicht sicher, was Sie als Strahlteiler verwenden, ohne nur einen zu kaufen.
Ich denke, am einfachsten wäre es, einen HF-Oszillator, einen Empfänger zur Bestimmung seiner Frequenz und Lecher-Drähte (dh ein Paar paralleler Drähte) zu verwenden, bei denen die Knoten der stehenden Welle mit einem HF-Voltmeter bestimmt werden. Siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Lecher_lines .
Dies war eines der Experimente in einem Elektronikbaukasten, den ich in meiner Jugend hatte. Die Länge der Lecher-Leitung betrug etwa 5 m und die Frequenz des Oszillators etwa 100 MHz, wobei nur ein Transistor in einer gemeinsamen Basisschaltung verwendet wurde.
Als Variation ist es auch möglich, die Frequenz zu ändern und zu messen, wie stark sich die Knoten bewegt haben.
Haben die Amateurfunker (Hams) nicht einmal einen Ballon wie einen reflektierenden Satelliten gestartet? Ist es noch im Orbit? Selbst bei ein paar hundert km wäre die Verzögerung in der MS. Vielleicht ist die ISS teilweise reflektierend.
Was ist mit einem Doppler-Shift-Verfahren? Ein Doppler-Geschwindigkeitsradar oder eine Lidar-Kanone könnten alle notwendigen Komponenten haben, damit ihre Logik umgekehrt werden kann. Hier ist zum Beispiel einer, bereit für die Demontage. http://cgi.ebay.com/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=300374815766&rvr_id=169891150704&crlp=1_263602_304642&UA=M *S%3F&GUID=0537e92612c0a06456359f45ffd1174f&itemid=300374815766&ff4=263602_304642#ht_2332wt_979
Hat jemand einen Hinweis auf das Kinect-Patent?? Das Gerät der XBox misst die Entfernung durch Reflexion von Infrarotlicht, daher hängt es sicher von einer endlichen Lichtgeschwindigkeit ab, um zu funktionieren.
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