DE2524738C2

DE2524738C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit nach Foucault

Info

Publication number: DE2524738C2
Application number: DE19752524738
Authority: DE
Inventors: Richard Dr. 6301 Pohlheim Hagner
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1975-06-04
Publication date: 1983-03-24
Also published as: DE2524738A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit nach Foucault mit einem Drehspiegel, welcher Mittel zur Ablenkung des zurückkehrenden Strahles aufweist (nach Patentanmeldung P 24 55 514.4).

Die Hauptanmeldung geht von einem Stand der Technik aus, der durch die Zeitschrift »Mathematischnaturwissenschaftlicher Unterricht«, Heft 6, Jahrgang 1974, Seiten 36! und ff. gegeben ist. In dieser Literaturstelle wird vorgeschlagen, auf einer Seite des Drehspiegels einen Flächenabschnitt mit gegenüber der restlichen Fläche geringfügig geneigter Form vorzusehen und die andere Seite des Drehspiegels mattzuschleifen und damit unwirksam zu machen. Wird bei dieser Anordnung der Strahlengang so gewählt, daß der zurückkehrende Lichtstrahl auf den geneigten Flächenabschnitt fällt, dann kann die bisher vom Primär- und Sekundär-Strahl durchsetzte Glasscheibe, die zur Messung der Auslenkung des Sekundärstrahles notwendig ist, entfallen. Der dadurch mit größerer Lichtstärke zurückkehrende Lichtstrahl und die Größe seiner Auslenkung bei sich drehendem Spiegel kann jetzt seitlich von der Lichtquelle ohne Behinderung des Primärstrahles beobachtet bzw. gemessen werden.

Der Nachteil dieser vorgeschlagenen Verbesserung ist jedoch, daß der nunmehr unsymmetrische Drehspiegel-Körper unwuchtig ist, was bei äußerst hohen Drehzahlen eine Gefahr für Lehrer und Schüler darstellt. Darüber hinaus geht ein Teil der Lichtstärke wieder dadurch verloren, daß eine Seite des Drehspiegels matt und deshalb unwirksam ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik wird in der Hauptanmeldung vorgeschlagen, dem Drehspiegel auf etwa der Hälfte seiner Fläche ein ortsfestes Prisma zur Ablenkung des zurückkehrenden Strahles vorzulagern. Wird bei der Einrichtung nach der Hauptanmeldung der Strahlengang so gewählt, daß der zurückkehrende Lichtstrahl vor und nach der Reflexion am Drehspiegel das Prisma durchquert, dann erfolgt dadurch die gewünschte Ablenkung des Lichtstrahles, die das Weglassen der bisher notwendigen Glasscheibe ermöglicht. Der Drehspiegel selbst kann also als Planspiegel ausgebildet sein, so daß er nicht unwuchtig ist. Außerdem können beide Seiten des Planspiegels verspiegelt sein, so daß Helligkeitsverluste nicht entstehen.

Aufgabe der vorliegenden Zusatzanmeldung ist es, eine weitere Lösung des der Hauptanmeldung zugrundeliegenden Problems anzugeben, welche insbesondere hinsichtlich der Herstellungskosten besonders vorteilhaft ist

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dem Drehspiegel zwei übereinander angeordnete Planspiegel vorzulagern, von denen einer parallel zur Drehachse des Drehspiegels und der andere um einen Winkel a. dazu geneigt angeordnet ist. Mit Hilfe dieser festen Planspiegel kann ebenfalls erreicht werden, daß der zurückkehrende Lichtstrahl derart abgelenkt wird, daß die bisher notwendige Mattglasscheibe weggelassen werden kann. Zusätzlich wird der Vorteil erreicht, daß die für die Messung der Lichtgeschwindigkeit maßgebende Auslenkung des Lichtstrahls verdoppelt wird, denn zu einem bestimmten Drehwinkel des Drehspiegels gehört bei der vorliegenden Anordnung eine Schwenkung des Lichtzeigers um den vierfachen Winkel und nicht um den zweifachen Winkel nach der üblichen Anordnung. Schließlich sind die beiden Planspiegel nicht sehr kostspielig.

Die Erfindung soll anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle, vorzugsweise ein Laser, mit 1 bezeichnet. Der Drehspiegel 2 ist um die Drehachse 3 entsprechend dem Pfeil 4 in nicht näher dargestellter Weise drehbar gelagert.

Für den weiteren Weg des Lichtes sind in an sich bekannter Weise die Sammellinse 5 und die beiden Planspiegel 6 und 7 vorgesehen. Der Planspiegel 6 ist dann entbehrlich, wenn genügend Platz zur Durchführung des Versuchs zur Verfügung steht. Im übrigen sind die Abstände so gewählt, daß der Drehspiegel im Brennpunkt der Sammellinse 5 steht und daß der optische Weg zwischen Linse 5 und Planspiegel 7 gleich der doppelten Brennweite der Linse 5 ist.

Zusätzlich sind dem Drehspiegel 2 noch zwei ortsfeste Planspiegel 8a und Sb vorgelagert, von denen einer (Sa)parallel zur Drehachse 3 des Drehspiegels und der andere (Sb) um den Winkel κ dazu geneigt angeordnet ist. Die Spiegel sind etwa gleich groß und entsprechen zusammen etwa der Größe einer Seite des Drehspiegels 2. Die Größe des Winkels <x beträgt vorzugsweise 2°.

Der bei der Durchführung der Messung der Lichtgeschwindigkeit mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zweckmäßige Strahlengang ist dargestellt. Der Primärstrahl ist mit 9 bezeichnet, während der zurückkehrende Strahl das Bezugszeichen 10 trägt.

Der Primärstrahl 9 geht von der Lichtquelle 1 aus und trifft den Drehspiegel 2 in Höhe des Planspiegels 8a. Von dort wird er zum Planspiegel 8a, zurück zum Drehspiegel 2 und dann in Richtung Linse 5 und Planspiegel 6 abgelenkt. Vom Planspiegel 6 erfolgt die Reflexion in Richtung des Planspiegels 7, der im Brennpunkt der Sammellinse 5 angeordnet ist. Der Planspiegel 7 ist derart justiert, daß der Lichtstrahl in Richtung Planspiegel 6 und von dort aus in Richtung Sammellinse 5 zurückreflektiert wird. Zwischen Sammellinse 5 und Drehspiegel 2 sind der Primärstrahl 9 und der Sekundärstrahl 10 parallel zueinander. Der Sekundärstrahl bzw. zurückkehrende Strahl 10 trifft den Drehspiegel 2, wird in Richtung Planspiegel Sb, von diesem wieder in Richtung Drehspiegel 2 und von dort in Richtung Mattglasscheibe 11 reflektiert. Wegen der erfindungsgemäßen Neigung des Planspiegels 8a erfolgt eine Ablenkung des zurückkehrenden Lichtstrahles 10 vom Priniärstrahl 9 weg, so daß die Mattglasscheibe 11 oberhalb der Laserlichtquelle angeordnet werden kann.

:r anders gerichteten Neigung des Planspiegels ι der zurückkehrende Lichtstrahl auch neben nterhalb der Lichtquelle 1 sichtbar gemacht

Messung der Lichtgeschwindigkeit erfolgt bei 'orrichtung in an sich bekannter Weise. Bei nicht idem Drehspiegel 2 trifft der Sekundärstrahl 10 tscheibe 11 an einer bestimmten Stelle. Bei um ikale Achse 3 mit entsprechend hoher Drehzahl dem Drehspiegel 2 macht sich eine Auslenl Ling des vom Drehspiegel 3 in Richtung auf die Mattscheibe 11 reflektierten Lichtstrahles 10 bemerkbar, da sich der Drehspiegel in der Zeit, in der das Licht den Weg vom Drehspiegel 2 zum Planspiegel 7 und wieder zuriick zum Drehspiegel 2 zurückgelegt hat, um einen bestimmten Winkel gedreht hat Zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit ist die Messung dieser Auslenkung und die Kenntnis der Drehzahl des Drehspiegels erforderlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit nach Foucault mit einem Drehspiegel, welcher Mittel zur Ablenkung des zurückkehrenden Strahles aufweist (nach Patentanmeldung P 24 55 514.4) dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehspiegel (2) zwei übereinander angeordnete Planspiegel (8a und Sb) vorgelagert sind, von denen einer parallel zur Drehachse (3) des Drehspiegels (2) und der andere um einen Winkel <x dazu geneigt angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Winkel α 2° beträgt

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