Entfernungsmessung mit Lichtpulsen (Lichtgeschwindigkeit)

Material:

• Pohlscher Tisch mit Oszi, Signalbox, Reflektor und Fresnellinse
• Reflektor auf Dreibeinstativ
• Massband
• Kamera

Beschreibung:

In der Signalbox ist eine Infrarotdiode und ein Detektor eingebaut. Die Messsignale werden an einem Oszi dargestellt (Zeitablenkung: 20ns). Der erste Reflektor nah an der Signalbox dient als Strahlteiler und gibt den ersten Puls für die Messung vor. Die Fresnellinse fokusiert auf den zweiten Reflektor, welcher den zweiten Puls vorgibt (untere Messkurve am Oszi). Desweiteren kommt aus der Messbox ein Rechtecksignal (obere Messkurve am Oszi) welches als Referenz für die Zeitmessung genutzt werden kann. Auf dem ersten Bild ist der Gesamtaufbau mit dem zweiten Reflektor in 15 Meter Entfernung gezeigt (Bild01:). Das zweite Bild zeigt die dazu gehörende Darstellung am Oszi (Bild02:).

Folgende Betrachtungen bzw Fragestellungen können mit dem Versuchsaufbau diskutiert werden:

1. Bei bekannter Zeitablenkung am Oszi bzw der Frequenz des Referenzsignals (20 MHz) und dem Abstand der beiden Reflektroren (15 Meter mit Massband oder Schritte) kann die Lichtgeschwindigkeit gemessen werden.
2. Bei Annahme der konstanten Lichtgeschwindigkeit von 3*10^8 m/s und der bekannten Zeitablenkung am Oszi kann der Abstand der beiden Reflektoren ausgemessen werden (Funktionsprinzip: Laserentfernungsmesser). Bewegt man den zweiten Reflektor auf den ersten zu, so wandert der zweite Messpuls näher an den ersten heran.
3. Messgenauigkeit/Auflösungsvermögen: Die Pulsbreite ist durch die Infrarotdiode vorgegeben. Bewegt man den zweiten Reflektor immer näher an den ersten ran, so rücken die Pulse immer näher ran und bei einem zu geringen Abstand überlappen sie. Dies passiert bei einem Abstand von ca 1-2 Meter. Kleinere Entfernungen können mit dieser Messanordnung nicht gemessen werden.

Betriebsanweisungen:

Versuchsbilder: