Physik III, Optik

1. Geometrische Optik
1.1 Ausbreitung von Licht und das Fermatsche Prinzip
Wir gehen davon aus, dass sich Licht entlang von Bahnen mit einer bestimmten Geschwindigkeit
bewegt. Die Bahnen ergeben sich aus dem Fermatschen Prinzip. Die Geschwindigkeit kann
je nach Medium, in dem sich das Licht bewegt, verschieden sein. Dies führt zu dem Begriff
des Brechungsindex.
• Messung der Lichtgeschwindigkeit nach Fizzeau:
Zwischen Zahnrad und Spiegel liegt eine möglichst große Wegstrecke, die das Licht um
eine möglichst große Laufzeit verzögert. Die Quelle wird gerade verdeckt, wenn sich das
Zahnrad während der Lichtlaufzeit um einen halben Zahn weiterdreht. Es gibt also eine
bestimmte Rotationsgeschwindigkeit, bei der die Quelle für den Betrachter unsichtbar
wird. Aus dieser Winkelgeschwindigkeit und der Wegstrecke zwischen Zahnrad und
Spiegel lässt sich die Lichtgeschwindigkeit bestimmen. (Zahlenbeispiel als Übung)
Fizzeaus Ergebnis:
c ' 3 · 10 8 m s
Heute wird die Lichtgeschwindigkeit definiert als
c := 299792458 m s
Über die Realisierung der Sekunde durch Messen der Hyperfeinstruktur von Cäsium ist
damit auch das Meter definiert. Die Lichtgeschwindigkeit ist in jedem Inertialsystem
die gleiche. Der Wert der Naturkonstante c entspricht der Lichtgeschwindigkeit im
Vakuum.
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