Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

1.2 Die Messung der Länge Wie für die Zeitmessung benötigen wir auch für die Messung von Längen eine Maßeinheit und Messgeräte. Im Mittelalter dienten Elle (die Länge von Unterarm und Hand) und Fuß als Längeneinheiten ( 12.1 ). Diese waren in jeder Stadt ver- schieden lang, der Handel mit Waren war dadurch erschwert. Nach genauen Ver- messungen der Erde im 18. Jahrhundert wurde das Meter folgendermaßen defi- niert: Ein Meter ( 1m ) ist der 40000000 ste Teil des Erdumfangs. Diese Länge wurde auf einem Metallstab, dem Urmeter ( 14.2 ) eingeritzt. In jedem Eichamt gibt es eine Nachbildung dieses Urmeterstabs, der in Frankreich aufbewahrt wird. Mit der Entwicklung der Atomphysik erwies sich die alte Definition des Meters als zu ungenau. Da man mittels Atomuhren Zeiten sehr genau messen kann, wird seit 1983 die SI-Einheit Meter über die Lichtgeschwindigkeit definiert: Ein Meter entspricht jener Strecke, die das Licht im luftleeren Raum in 1/299 792 458 s zurücklegt. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine wichtige Naturkonstante und beträgt 299 792 458m/s . Für alle praktischen Zwecke genügt die folgende Näherung: Lichtgeschwindigkeit Licht legt im luftleeren Raum in 1 s eine Strecke von ca. 300 000 km (3 · 10 8 m) zurück. Untersuche, überlege, forsche: Längenmessung 12.1 W 1 In USA und Großbritannien wird zwar in den Naturwissenschaften die Län- geneinheit Meter verwendet, im Alltag sind noch immer andere Maßeinheiten üblich. Welche sind das und wie sind sie festgelegt? 12.2 W 1 Vor der Einführung des Meters wurden je nach Ort und Zweck unterschiedli- che Längeneinheiten verwendet. Recherchiere dazu im Internet! 12.3 W 1 a) In Baumärkten findest du verschiedene Geräte zur Messung von Längen. Erläutere, um welche Geräte es sich handelt und wie sie benutzt werden. E 1 b) Erkläre die Funktionsweise der Geräte. Im Alltag misst man Längen meist mit Maßstäben oder Maßbändern, häufig auch mittels Laserlicht ( 12.2 ), Radar oder Ultraschall. Letztere haben ein gemeinsa- mes Prinzip: Man lässt Strahlung an einem Körper reflektieren und misst die Lauf- zeit. Aus der Laufzeit lässt sich die Entfernung des Körpers bestimmen. Experiment: Längenmessung 12.1 Du brauchst: Maßband und (falls möglich) einen Laser-Entfernungsmesser. E 1 Miss mit dem Maßband oder Laser-Entfernungsmesser Länge und Breite dei- nes Klassenzimmers. Führe die Messung fünf Mal durch, bilde das arithmetische Mittel und notiere die maximale Abweichung vom Mittelwert (vgl. S. 14). Überlege, warum du leicht unterschiedliche Ergebnisse erhältst, wenn du das Maßband je- des Mal neu anlegst. Messen im Mikrobereich Untersuche, überlege, forsche: Kleine Objekte 12.4 W 1 Wie viele der folgenden Teilchen haben nebeneinander auf einem Meter Platz: Staubkörnchen, Feinstaub, Bakterien, Viren, Atome? Da diese Teilchen unter- schiedlich groß sind, kannst du nur ungefähre Werte angeben. Verwende die Po- tenzschreibweise. 12.5 E 1 a) Betrachte kleine Dinge mit einer Lupe. Beschreibe deine Beobachtung. E 2 b) Untersuche, wie stark die verwendete Lupe vergrößert! 12.1 Ellen-Stäbe am Stephansdom in Wien. Je nach Verwendungszweck waren die Ellen- maße verschieden lang. Die Wiener Tuch-Elle (Maß für Kleiderstoffe) betrug etwa 78 cm. Eine Züricher Elle entsprach etwa 60 cm. 12.2 Laser-Entfernungsmessgerät Im Baugewerbe werden Distanzen oft mit Laserlicht gemessen. Laserlicht wird in kurzen Pulsen ausgesendet. Durch Vergleich der ausgesendeten mit den reflektierten Pulsen wird die Laufzeit der Pulse und damit die Entfernung des Objekts bestimmt. 12.3 Die Mikrometerschraube dient zur genau- en Messung von Längen. Es lassen sich damit Längen auf 0,01mm genau ablesen. „Vor 150 Jahren war die Bedeutung des Mik- rometers für den Uhrmacher offensichtlich, nicht aber für den Bauern. Und doch hat die Mikrometerpräzision das Pflügen revolutio- niert – sie ermöglichte den Bau exakter Ma- schinen, u.a. die Entwicklung des Traktors. Der Übergang zum Nanometer-Zeitalter lei- tet gleichfalls eine nicht voraussehbare Ent- wicklung ein, nur wird alles viel schneller ge- hen – schneller sogar als die rasante Entwicklung der Mikroelektronik.“ H EINRICH R OHRER , Nobelpreisträger für Physik 1986 12 GRÖSSENORDNUNGEN Nur zu Prüfzw ken – Eigentum des Verlags öbv