Lichtgeschwindigkeit in Medien — Entfernungsmessung
Der Laserentfernungsmesser DLE 30 misst Entfernungen zwischen 30 cm und 30 m millimetergenau.
Bedienung: Einschalten, roten Kopf drücken. Ein Laserstrahl von etwa 0,5 s Dauer wird ausgesandt. Die Entfernung vom hinteren Ende des Messgeräts bis zum Auftreffpunkt des Strahl wird gemessen.
Sonstige Möglichkeiten: Daneben gibt es auch noch Flächenmessung, Volumenmessung, Höhenmessung nach Pythagoras und kontinuierliche Entfernungsmessung. Nach dem Einschalten ist das Gerät aber immer im einfachen Entfernungsmessmodus.
Sicherheit: Die Laserleistung liegt unter 1 mW. Das menschliche Auge ist durch den Lidschlagreflex geschützt. Die üblichen Richtlinien für den Umgang mit Lasern gelten auch hier.
Experimente: Die Entfernungsmessung beruht auf der Laufzeitmessung. Da die Lichtgeschwindigkeit 0,3 m / ns beträgt, bekommt man die einfache Lichtlaufzeit in ns, indem man die angezeigte Entfernung in m durch 0,3 dividiert.
Nun ist die Lichtgeschwindigkeit in Wasser oder Glas geringer. Bringt man einen Glasblock oder eine wassergefüllte Plastikwanne zwischen den Entfernungsmesser und den Schirm, so wird eine größere Entfernung angezeigt, weil das Licht sich im Medium langsamer ausbreitet. Man berechnet zuerst die Zeit t0 = d / c und addiert dazu die Zeit Dt zwischen den beiden Messungen. t1 = t0 + D t. Dann ist die Lichtgeschwindigkeit im Medium c × t0 / t1.
In diesem Versuch misst man die Gruppengeschwindigkeit, nicht die für die Brechung entscheidende Phasengeschwindigkeit. Ich stellte fest, dass weder Kohlrausch, noch Höfling die Gruppengeschwindigkeit überhaupt erwähnen. Pohl gibt als ein einziges Beispiel an. Bei Schwefelkohlenstoff, einem Material mit extremer Dispersion beträgt der Unterschied zwischen den beiden Geschwindigkeiten gerade mal 7%. Man sollte die beiden Begriffe eventuell gar nicht erwähnen.
Obwohl die Lichtwege bis zum Schirm bzw. Brennpunkt sich beträchtlich unterscheiden, misst der Entfernungsmesser praktisch immer den gleichen Wert. Das muss nach dem huygensschen Prinzip so sein.
Der von den Freunden des Werner-von-Siemens-Gymnasiums gestiftete Entfernungsmesser bietet also nicht nur schnelle und genaue Messungen, sondern auch Experimente, die bisher nicht möglich waren.