Gibt es irgendwelche Experimente, die ich durchführen kann, um die Lichtgeschwindigkeit nur mit üblichen Haushaltswerkzeugen abzuleiten?
Gibt es irgendwelche Experimente, die ich durchführen kann, um die Lichtgeschwindigkeit nur mit üblichen Haushaltswerkzeugen abzuleiten?
Ich weiß nicht, ob es sich um ein Heimversuch handelt, aber Sie können das Internet nutzen, um kostenlos auf Tausende Kilometer optischer Fasern zuzugreifen. Damit können Sie eine Untergrenze für die Lichtgeschwindigkeit in den Fasern messen, die $ c / n $ beträgt, wobei $ n $ der Brechungsindex von Glas ist, typischerweise um 1,5. Dies entspricht $ 2 \ mal 10 ^ 8 \ text {m / s} $. Mit Ping messen Sie eine Hin- und Rückfahrtzeit, dh sie sollte 100 km / ms Hin- und Rückfahrt entsprechen.
Von Paris aus pinge ich auf der Website von Columbia in New York
fred @ sanduleak2: ~ $ ping www.columbia.eduPING www.columbia.akadns.net (128.59.48.24) 56 (84) Datenbytes.64 Bytes von www-csm.cc.columbia .edu (128.59.48.24): icmp_req = 1 ttl = 113 Zeit = 125 ms64 Bytes von www-csm.cc.columbia.edu (128.59.48.24): icmp_req = 2 ttl = 113 Zeit = 116 ms .... 64 Bytes von www-csm.cc.columbia.edu (128.59.48.24): icmp_req = 16 ttl = 113 time = 112 ms ^ C --- www.columbia.akadns.net Ping-Statistik --- 17 Pakete gesendet, 16 empfangen , 5% Paketverlust, Zeit 16023 msrtt min / avg / max / mdev = 108,585 / 118,151 / 132,156 / 7,728 ms
Die minimale Umlaufzeit beträgt 108 ms, was 10.800 km entsprechen würde statt 5839 km. Um den Faktor 2, aber die richtige Größenordnung, aufgrund von Verzögerungen bei Switches usw., weshalb wir gesagt haben, dass dies eine Untergrenze ist.
Wenn man die Flugbahn meiner Pakete genauer betrachtet nach New York mit tracepath
fred @ sanduleak2: ~ $ tracepath www.columbia.edu 1: sanduleak2 0,266 ms pmtu 1500 .... 3: tropicaler.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 20.931 ms 8: renater.rt1.par.fr.geant2.net 30.307 ms asymm 9 9: so-3-0-0.rt1.lon.uk.geant2.net 33.780 ms 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 herumlaufen (Paris , London, Amsterdam) und überqueren den Atlantik zwischen Amsterdam (10) und New York (11) in 127-37 = 90 ms (Hin- und Rückfahrt). Dies gibt uns immer noch eine Entfernung von 9000 km, viel zu lang. Ich weiß nicht, ob es an der Kabelbahn, elektronischen Verzögerungen, kleinen Abtastungen über den Tracepath oder einem Fehler in meiner Berechnung liegt.
Im Zusammenhang mit dieser Ping-Verzögerung haben Sie die lustigen 500 Meilenfehler.
Ein weiteres Experiment im Labor mit billigem Material und Computern ist im arXiv-Papier Lichtgeschwindigkeitsmessung mit Ping. Ihre Messung ist jedoch indirekt (sie messen die Ausbreitung innerhalb von CAT5-Kabeln), sie sollte jedoch auch mit optischen Fasern möglich sein.
Bearbeitet, um hinzuzufügen: Meine Idee, wahrscheinlich Tracepath zu verwenden kommt von Messen der Erde mit Traceroute. In diesem Artikel haben sie mehr Glück als ich (nur 20% langsamer statt 100%!)
Es gibt einen Trick, von dem ich schon gehört habe, den ich aber nie ausprobiert habe. Die Grundidee ist, eine Marsbar für kurze Zeit in eine Mikrowelle zu stellen. Zuerst entfernen Sie den Drehteller, damit der Schokoriegel stationär 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 mit der Frequenz des Mikrowellenofens, um die Lichtgeschwindigkeit zu erhalten. Es gibt eine YouTube-Demonstration (von einem Kind) hier.
Sie könnten einen Kondensator finden und seine Kapazität ablesen, abwechselnd einen bauen und messen und seine Abmessungen messen. Jetzt können Sie eine gute Schätzung der Zulässigkeit von Vakuum, Epsilon, erhalten.
Es gibt möglicherweise andere komplizierte Möglichkeiten, diese Zahl zu messen.
Die Lichtgeschwindigkeit wird dann durch eine Beziehung angegeben mit einer anderen Zahl, der Vakuumpermeabilität µ, die nicht wie definiert gemessen werden muss.
Diese Beziehung kann aus den Maxwellschen Gleichungen abgeleitet werden.
$ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilonµ}} $
Mit einer Uhr und einem Teleskop können Sie Rømers Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit wiederholen.
Vielleicht möchten Sie auch die Rotationsspiegelmethode von Léon Foucault ausprobieren. Es wird hier und hier detailliert beschrieben. Der einzige schwierige Teil ist der rotierende Spiegel, aber er könnte wahrscheinlich mit einem Bohrer durchgeführt werden.
Ich kann mir keine Möglichkeit vorstellen, dies mit "herkömmlichen 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 online in den Fachgeschäften für Wissenschaft und Hobby erhältlich, jedoch 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 zweimal so weit vom Strahlteiler entfernt wie den anderen. Dadurch werden zwei separate Pfade für das Licht erstellt, 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. Der Unterschied zwischen ihnen ist die Zeit, die der Lichtstrahl benötigt, um die Entfernung des Unterschieds auf den beiden Pfaden zurückzulegen.
Der Grund dafür ist die Genauigkeit - wenn Sie hatte nur einen Strahl, und das Einschalten Ihrer Fotodiode dauerte beispielsweise 1 Mikrosekunde länger als in der Dokumentation angegeben, oder Ihr Laser ließ sich nur langsam einschalten, dann würden Sie sehr ungenaue Ergebnisse erhalten. Bei zwei Strahlen heben sich diese Fehler jedoch gegenseitig auf, und Sie haben nur noch die Zeit des Lichts.
Diese Laser-Maßbänder arbeiten auf interessante Weise, wobei die Entfernung anhand der Lichtgeschwindigkeit bestimmt wird. Wenn Sie also eine bekannte Entfernung haben, sollten Sie mit derselben Ausrüstung in der Lage sein, c zu schätzen.
Die Bandmessungen modulieren die Intensität des ausgehenden Lasers entsprechend der Intensität des reflektierten Lasers Licht. Es ist im Grunde ein Oszillator, dessen Frequenz von der optischen Ausbreitungsverzögerung abhängt. Die kommerziellen Produkte verwenden die resultierende Frequenz, um einen anzuzeigenden Abstand zu bestimmen.
Wenn Sie den Oszillatorausgang erreichen und einen bekannten Abstand messen können, sollten Sie in der Lage sein, c als Frequenz in zu schätzen Hz mal die Hin- und Rückstrecke in Metern.
Vielleicht ein Fizeau-Integferometer:
http://en.wikipedia.org/wiki/Fizeau_interferometer
Das meiste davon sollte im Bereich von liegen Ein begeisterter Amateur, 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 (d. h. ein Paar paralleler Drähte) zu verwenden, wobei die Knoten der stehenden Welle unter Verwendung eines HF-Voltmeters bestimmt werden. Siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Lecher_lines.
Dies war eines der Experimente in einem Elektronik-Kit, das ich in meiner Jugend hatte. Die Länge der Lecher-Leitung betrug ungefähr 5 m und die Frequenz des Oszillators betrug ungefähr 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 viel Die Knoten sind verschoben.
Haben die Amateurfunker (Hams) nicht einmal einen Ballon wie einen reflektierenden Satelliten gestartet? Befindet es sich noch im Orbit? Selbst bei einigen hundert Kilometern würde die Verzögerung in ms liegen. Vielleicht ist die ISS teilweise reflektierend.
Was ist mit einer Doppler-Shift-Methode? Ein Doppler-Geschwindigkeitsradar oder eine Lidar-Kanone kann alle erforderlichen Komponenten aufweisen, damit ihre Logik umgekehrt werden kann. Hier ist eine zum Beispiel 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 mithilfe der Reflexion von Infrarotlicht. Daher hängt es sicher von einer endlichen Lichtgeschwindigkeit ab, um zu arbeiten.