Sexl Physik 7, Schulbuch

obachtet werden, als dies in A geschehen wäre. Die Verspätung – so haben spätere Messungen ergeben – beträgt maximal etwa 1 000 s. So lange braucht das Licht, um die Erdbahn zu durchqueren. Da der Erdbahnradius im 17. Jh. noch nicht be- stimmt war, konnte Römer keinen Wert für die Geschwindigkeit des Lichts ange- ben. Aus der heutigen Kenntnis des Erdbahnradius r ( 1 AE , astronomische Einheit) ergibt sich für die Geschwindigkeit, mit der sich Licht im luftleeren Weltraum aus- breitet, die Vakuumlichtgeschwindigkeit : c = 2 r / t ≈ 2 · 150 · 10 6 km/1 000 s = 300 000 km/s Im 19. Jh. gelang es, die Lichtgeschwindigkeit mit immer besserer Genauigkeit auch auf der Erde zu messen (s. physikplus.oebv.at) . Dabei zeigte sich: Die Lichtge- schwindigkeit in Materie ist kleiner als im Vakuum und hängt von der Farbe des Lichts ab ( 55.2 ) Als sich im 20. Jh. die Genauigkeit des Werts der Vakuumlichtgeschwindigkeit nicht mehr verbessern ließ, wurde er als exakte Zahl (ohne Fehler) festgelegt. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt c = 299792 458m/s (≈ 300 000 km/s). Die Lichtgeschwindigkeit in Materie ist kleiner als im Vakuum. Sie hängt vom durchlaufenen Material und von der Farbe des Lichts ab. Rotes Licht läuft etwas rascher als violettes Licht. Mittels der Vakuumlichtgeschwindigkeit wird die Basiseinheit „Meter“ definiert. Die SI-Einheit Meter ist jene Strecke, die das Licht im luftleeren Raum (Vakuum) innerhalb von 1/299792 458 s zurücklegt. 1.2 Reflexion und Brechung des Lichts Fällt Licht auf einen Gegenstand, so wird ein Teil des Lichts zurückgeworfen, re- flektiert, ein Teil wird absorbiert. Wir sehen unsere Umgebung, weil das von den Körpern reflektierte Licht in unser Auge trifft und auf der Netzhaut ein Bild ent- steht. Die dadurch verursachten Nervensignale werden an das Gehirn weitergelei- tet. Gegenstände mit rauen Oberflächen reflektieren einen Teil des auffallenden Lichts in alle Richtungen, wir können sie daher aus allen Richtungen betrachten. Man spricht von diffuser Reflexion. Ein Teil des Lichts wird immer absorbiert. An sehr glatten Oberflächen wird das Licht nur in eine Richtung reflektiert ( Spiegelung ). Reflexionsgesetz Bei der Reflexion von Licht an einem Spiegel ist der Einfallswinkel α gleich dem Reflexionswinkel α ' ( α und α ' werden zwischen Lot auf die Körperoberfläche und einfallendem bzw. reflektierten Strahl gemessen). Einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene. Fällt Licht auf ein durchsichtiges Medium, etwa auf Glas oder eine Wasserfläche, so wird es zum Teil reflektiert (vgl. Bd. 6, S. 89 ff.), zum Teil absorbiert, zum Teil durchgelassen. Beim Eintritt in das Medium ändert sich die Ausbreitungsrichtung des Lichts, es wird gebrochen . Die Richtung des gebrochenen Strahls wird durch das Brechungsgesetz beschrieben. Die Kenntnis des Brechungsgesetzes ermöglicht die Konstruktion vieler optischer Geräte, sie ist daher vor allem für die optische Industrie wichtig. P TOLEMÄUS (etwa 150 n. Chr.) maß für verschiedene Einfallswinkel α den zugehöri- gen Brechungswinkel β ( 55.4 ) und fasste die Wertepaare in Tabellen zusam- men. Er stellte fest, dass für jedes durchsichtige Medium eine eigene Tabelle ange- fertigt werden muss, jedoch konnte er nicht das zugrundeliegende Gesetz finden. Dies gelang erst im Jahr 1 620 dem holländischen Mathematiker S NELLIUS mit Hilfe seiner Kenntnisse über die Winkelfunktionen. Eine Begründung des Reflexions- und Brechungsgesetzes gelang C HRISTIAN H UYGENS 50 Jahre später, indem er an- nahm, dass sich Licht als Welle im Raum ausbreitet (s. Physik 6, S. 48). c Wasser c Glas c Vakuum Rot 226 929 196 980 299 792 Gelb 224 888 196 679 299 792 Violett 223714 196 335 299 792 55.2 Lichtgeschwindigkeit in Wasser, Glas und im Vakuum in km/s. 55.3 Messung des Reflexionswinkels mittels optischer Scheibe. 0 P E Lot Luft Wasser G Q   55.4 Brechung von Luft in Wasser. Den Win- kel zwischen Lot und einfallendem Lichtstrahl bezeichnet man als Einfallswinkel α , den Win- kel zwischen Lot und gebrochenem Strahl als Brechungswinkel β . Beim Übergang von Luft in Wasser wird der Strahl zum Lot gebrochen. Jupitermond Jupiter Erde A B Erde Sonne 55.1. Die Verfinsterung des Jupitermondes tritt später ein als berechnet, wenn die Erde weiter vom Jupiter entfernt ist. Daraus schloss Römer im 17. Jh., dass sich Licht mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet. 55 | ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv