Nachdem ich gestern über das tolle Schülerexperiment zur Bestimmung der Entfernung des Mondes berichtet hatte, habe ich mich an ein anderes nettes Experiment erinnert. Vor kurzem habe ich beim Stöbern im Buchladen einen Band mit physikalischen Experimenten für zuhause gefunden (kann mich leider nicht mehr erinnern, wie der Titel des Buchs war).
Eines der Experimente ist mir im Gedächtnis geblieben: die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit mit einer Tafel Schokolade!
Dazu braucht man eine Tafel Schokolade (oder irgendetwas anderes das schmelzen kann) und einen Mikrowellenherd.
Denn wenn man den Mikrowellenherd einschalten, dann befinden sich da drin: Mikrowellen! Und wo die auf Lebensmittel treffen, wird es heiß. Nun sind die Wellen im Ofen aber stehende Wellen – d.h. ihre Maxima und Minima der Intensität sind i.A. immer an der selben Stelle.
Damit das Essen also schön gleichmäßig warm wird und nicht nur punktuell, hat man in Mikrowellenherd meistens einen Drehteller.
Denn wollen wir aber nicht für unser Experiment, also bauen wir ihn aus! Denn uns interessieren gerade diese punktuellen Wärmequellen. Wenn man nämlich den Abstand zwischen zweier solcher “Hot Spots” misst, dann entspricht der genau dem Abstand zwischen Maximum und Minimum der Mikrowelle und damit der halben Wellenlänge.
Also packen wir eine Tafel Schokolade in den Ofen und schalten ein.
Nicht zu lange – sonst schmilzt die ganze Angelegenheit und wir haben nichts mehr zu (m)essen. Nur solange drin lassen, bis die ersten Schmelzpunkte entstehen. Die kann man dann ausmessen:
Auf dem Bild erkennt man es etwas schlecht (die Perspektive mit Lineal und Schokolade täuscht ein wenig und die geschmolzene Schokolade hat sich beim Herausholen aus der Mikrowelle ein bisschen verbogen. Ich wollte noch ein besseres Foto der Schmelzpunkte mit angelegtem Lineal machen – aber da war alles schon zu sehr verlaufen 😉 ) – aber der Abstand zwischen den beiden “Hot Spots” beträgt etwa 6 cm – also haben die Mikrowellen eine Wellenlänge von 12cm.
Jetzt brauchen wir noch die Frequenz der Wellen. Diese Angabe findet sich meistens hinten auf jedem Mikrowellenofen und beträgt wahrscheinlich 2450 MHz (die ist genormt). Die Welle schwingt also 2450 Millionen Mal pro Sekunde auf und ab.
Und bei einer Wellenlänge von 12 cm oder 1,2 10-4 Kilometern entspricht das einer Geschwindigkeit von 2450000000 * 1,2 10-4 = 294000 km/s.
Das ist also die Geschwindigkeit, mit der sich Mikrowellen ausbreiten. Und die diese genauso elektromagnetische Strahlung ist wie das Licht, sollte das auch der Wert für die Lichtgeschwindigkeit seit.
Die Messung ist gar nicht mal so schlecht! Der wahre Wert der Lichtgeschwindigkeit liegt bei 299792,458 km/s
So – und jetzt muss ich mich mal um die ganze geschmolzene Schokolade kümmern 😉
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