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Messen Sie die Lichtgeschwindigkeit mit Schokolade und einer Mikrowelle!

Messen Sie die Lichtgeschwindigkeit mit Schokolade und einer Mikrowelle!


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Wussten Sie, dass Sie die Lichtgeschwindigkeit mit einem Schokoriegel und einer Mikrowelle messen können?

Es ist Quantenmechanik, in Ihrer eigenen Küche.

Hier ist eine wirklich coole Schnittstelle zwischen Essen und Wissenschaft, die Aufmerksamkeit verdient: Wussten Sie, dass Sie die Lichtgeschwindigkeit mit Schokolade, einer Mikrowelle und einem Lineal messen können?

All diese bescheidenen Instrumente können zusammenkommen, um Ihnen als Forscher bei der Durchführung von „Küchenquantenmechanik“ zu helfen.

Um die Lichtgeschwindigkeit in deiner Mikrowelle zu messen, musst du verhindern, dass sich die Platte im Inneren bewegt, also entferne die Räder. Als nächstes legen Sie Ihre Schokolade flach in die Mikrowelle und stellen Sie sie 15 Sekunden lang auf hohe Stufe.

Wenn Sie den Abstand zwischen den geschmolzenen und weichen Schokoladenstücken auf dem Riegel messen, finden Sie die Wellenlänge, die Sie mit der Frequenz (Wellen pro Sekunde) Ihrer Mikrowelle multiplizieren. Ja, es ist komplizierter, aber die Erklärungen überlasse ich dem Team des Bristol Science Center.

Sehen Sie sich das Video unten an:

Für die neuesten Updates zu Speisen und Getränken besuchen Sie unsere Food-News Seite.

Karen Lo ist Mitherausgeberin bei The Daily Meal. Folge ihr auf Twitter @appleplexy.


Es gibt einen einfachen (und leckeren) Weg, die Lichtgeschwindigkeit zu Hause zu messen

Die erste erfolgreiche Messung der Lichtgeschwindigkeit fand 1676 statt. Der dänische Astronom Ole Rømer  versuchte, die Umlaufbahn von Io, dem drittgrößten Mond des Jupiter, zu messen, indem er beobachtete, wie lange es dauerte, den Planeten zu umrunden . Beim Beobachten von  Io über viele Jahre machte Rømer eine überraschende Entdeckung, sagt das American Museum of Natural History:

Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Finsternisse wurde immer kürzer, wenn sich die Erde in ihrer Umlaufbahn auf Jupiter zubewegte, und wurde stetig länger, wenn sich die Erde von Jupiter entfernte. Diese Differenzen kumulierten. Aus seinen Daten schätzte Roemer, wann die Erde Jupiter am nächsten war. Finsternisse von Io würden etwa elf Minuten früher eintreten als aufgrund der durchschnittlichen Umlaufzeit über viele Jahre vorhergesagt. Und 6,5 Monate später, als die Erde am weitesten vom Jupiter entfernt war. die Finsternisse würden etwa elf Minuten später eintreten als vorhergesagt.

Roemer wusste, dass die wahre Umlaufzeit von Io nichts mit den relativen Positionen von Erde und Jupiter zu tun haben konnte. In einer brillanten Erkenntnis erkannte er, dass der Zeitunterschied auf die endliche Lichtgeschwindigkeit zurückzuführen sein muss.

Vor Rømer waren sich die Wissenschaftler nicht sicher, ob  light eine begrenzte Geschwindigkeit hatte oder ob der Tachometer dauerhaft bei “unendlich” feststeckte

Einige hundert Jahre später sind die Techniken zur Messung der Lichtgeschwindigkeit erstaunlich präziser und teilweise komplexer geworden. Aber im obigen Video zeigen die Leute vom At Bristol Science Center eine relativ einfache Methode zur Berechnung der Lichtgeschwindigkeit, die nicht jahrelanges Schauen durch ein Teleskopokular erfordert. Tatsächlich verwendet ihr Ansatz nur einfache Küchengeräte und Schokolade.

Im  Video verwenden die Moderatoren Ross Exton und Nerys Shah kaum mehr als einen Mikrowellenherd und einen Schokoriegel, um zu zeigen, wie man die Lichtgeschwindigkeit berechnet. Das Video macht nicht ganz klar, wie die Messung der geschmolzenen Stücke auf einem Schokoriegel mit der Lichtgeschwindigkeit zusammenhängt. Aber um es etwas genauer zu unterteilen, müssen Sie sich nur einige der Einheiten ansehen, die in ihren Messungen verwendet werden.

Hertz ist der physikalische Ersatz für “Zyklen pro Sekunde.” Die im Video verwendete Mikrowelle produzierte Lichtwellen mit einer Frequenz von 2.450.000.000 Hertz oder so vielen Zyklen pro Sekunde. In einer Welle von Spitze zu Spitze gehen—in ​​diesem Fall ist der Abstand zwischen dem ersten und dritten geschmolzenen Schokoladenstück—ein Zyklus. Exton und Shah maßen diese Distanz als 0,12 Meter oder 0,12 Meter pro Zyklus. Das Multiplizieren von etwas in “Meter pro Zyklus” mit etwas in “Zyklen pro Sekunde”  ergibt eine Messung in “ Meter pro Sekunde.” Das ist die  Wellengeschwindigkeit—die Lichtgeschwindigkeit.

Der Trick, der den Ansatz des At Bristol-Teams zum Funktionieren bringt, besteht darin, dass wir in der Neuzeit bereits einige wichtige Dinge über Licht wissen: dass es eine endliche Geschwindigkeit hat und dass diese Geschwindigkeit weitgehend konstant ist. Wir profitieren auch von Physikern den Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Frequenz und Geschwindigkeit bereits herausgekitzelt.

Als Ole Römer auf Jupiter schaute und zuerst die Lichtgeschwindigkeit ableitete, kam er auf 214.000.000 Meter pro Sekunde. “Diese Messung liegt in Anbetracht ihres Altertums, ihrer Messmethode und der Unsicherheit des 17. Dave Kornreich für Cornell.

Mit einer Mikrowelle und einem Schokoriegel erreichten Exton und Shah 294.000.000 Meter pro Sekunde – nicht schlecht für ein bisschen Küchenwissenschaft.


Messen Sie die Lichtgeschwindigkeit mit Ihrer Mikrowelle

Astronomen wie ich, die die Sternentstehung untersuchen, verwenden Teleskope, die durch das hübsche, optische Äußere von Nebeln in das dunkle Innere sehen können, wo sehr kalter Staub im Submillimeter- und Mikrowellenbereich strahlt.

Mikrowellen fallen in das elektromagnetische Spektrum, zwischen Radiowellen und Infrarotwellen. Sie haben normalerweise eine Größe von wenigen Zentimetern und Sie kennen sie vielleicht sehr gut, da sie von der Mikrowelle produziert werden, die möglicherweise nur in Ihrer Küche steht.

Mikrowellenöfen verwenden eine bestimmte Mikrowellenfrequenz, um Wassermoleküle anzuregen. Da Wasser in vielen Speisen und Getränken enthalten ist, erhitzen Mikrowellen viele nützliche Dinge – und das schnell. Die Tatsache, dass Mikrowellen heute für die meisten von uns in der westlichen Welt ohne weiteres verfügbar sind und nur wenige Zentimeter lang sind, ermöglicht es Ihnen, die Lichtgeschwindigkeit in Ihrem eigenen Zuhause zu messen.

Was du brauchst:

Der schnellste und leckerste Weg, dieses kleine Experiment durchzuführen, sind Marshmallows, aber auch Schokoladenstückchen funktionieren. Sie benötigen natürlich auch einen Mikrowellenherd und ein großes, mikrowellengeeignetes Geschirr. Du brauchst auch ein Lineal.

Holen Sie sich Ihre große, mikrowellengeeignete Schüssel und legen Sie eine Schicht Marshmallows auf den Boden. Nehmen Sie den Drehteller vom Boden des Mikrowellenherds. Wenn Sie dies nicht tun, funktioniert dieses Experiment überhaupt nicht. Wenn Ihre Mikrowelle keinen Drehteller hat, bedeutet dies, dass sich der Drehmechanismus woanders befindet und Sie einen normalen Mikrowellenherd finden müssen, um dieses Experiment auszuprobieren.

Koche die Marshmallows einige Minuten bei schwacher Hitze oder bis du siehst, dass Teile der Marshmallows anfangen zu blubbern. Wenn Sie dies tun, entfernen Sie die Schüssel und sehen Sie sich die Marshmallows an.

Sie sollten sehen, dass sie nicht gleichmäßig geschmolzen sind. Tatsächlich sollten Sie sehen können, dass sich ein regelmäßiges Muster gebildet hat, das in geschmolzener Malve gezeichnet ist. Es hängt von Ihrem Mikrowellenherd ab, aber Sie sollten in einer Richtung ein geschmolzenes / nicht geschmolzenes Muster über dem Gericht sehen. Als ich es zu Hause ausprobiert habe, hat mein Ofen lange geschmolzene Streifen neben langen ungeschmolzenen Streifen erzeugt (siehe oben).

Diese Regelmäßigkeit wird durch denselben Mechanismus verursacht, der die Lebensmittel erhitzt, die Sie in Ihren Mikrowellenherd legen. Das Gerät erzeugt Mikrowellen, die sehr schnell stehende Wellen (siehe Animation oben) im Inneren des Garraums bilden, in den Sie die Lebensmittel geben. Wenn sich das Essen dreht, passiert es die Knoten der stehenden Welle und dies regt die Wassermoleküle an, wodurch das Essen erhitzt wird.

Messen Sie die Mikrowellen:

Nehmen Sie Ihr Lineal und messen Sie den Abstand zwischen den geschmolzenen Teilen der Marshmallows. Sie sollten feststellen, dass es ein gleichmäßiges Schmelzmuster gibt und der Abstand zwischen ihnen etwa 5 oder 6 cm beträgt. Wieso den? Denn das ist der Abstand zwischen den Knoten der stehenden Wellen.

Ohne den Drehmechanismus bewegt sich das Essen nicht und gart gleichmäßig, sondern erwärmt sich nur an den Knotenpunkten. Mit Ihren Marshmallows haben Sie eine ‘map’ der Mikrowellen in Ihrem Mikrowellenherd erstellt!

Finden Sie die Frequenz:

Schließlich müssen Sie die Frequenz kennen, mit der Ihr Mikrowellenherd arbeitet. Es steht normalerweise irgendwo in kleiner Schrift auf der Rückseite. Die meisten Standard-Mikrowellenherde arbeiten mit 2450 & 160 MHz. Wenn Sie den Wert auf der Rückseite des Ofens nicht finden können, können Sie davon ausgehen, dass 2450 MHz ungefähr richtig sind.

Messen Sie die Lichtgeschwindigkeit:

Jetzt haben Sie alles, was Sie brauchen, um die Lichtgeschwindigkeit zu messen. Sie müssen nur eine sehr grundlegende Gleichung der Physik kennen:

Geschwindigkeit einer Welle (c) = Frequenz (f) x Wellenlänge (L)

Der Abstand zwischen den geschmolzenen Abschnitten des Marshmallows beträgt tatsächlich L/2, da es für jede Welle zwei Knoten gibt (siehe Animation). Wenn Sie also 6 cm gemessen haben und Ihr Ofen mit 2450 & 160 MHz arbeitet, dann beträgt Ihre gemessene Lichtgeschwindigkeit (0,12 x 2450.000.000) 294.000.000 Meter pro Sekunde.

Der vereinbarte Wert der Lichtgeschwindigkeit durch ein Vakuum beträgt 299.792.458 Meter pro Sekunde. Sehen Sie, wie genau Sie es messen können? Was könnten Sie tun, um das Experiment zu verbessern und so eine genauere Antwort zu erhalten?


Verwenden Sie Ihre Mikrowelle, um die Lichtgeschwindigkeit zu messen

Kann Ihre Mikrowelle wirklich die Lichtgeschwindigkeit messen? Ja, es ist machbar. Und da viele der vorgeschlagenen Experimente auch Schokolade beinhalten, wird es gemacht. Oh ja, es wird gemacht.

Zunächst eine kurze Zusammenfassung der Fakten:

Mikrowellen gehören zum elektromagnetischen Spektrum. Das elektromagnetische Spektrum umfasst Radiowellen, Infrarotwellen, sichtbares Licht und ultraviolettes Licht und kann am besten als eine Reihe von Dingen beschrieben werden, die sich wie sichtbares Licht verhalten, auch wenn wir sie nicht sehen können, was schade ist, da das würde den Bedarf an Freizeitdrogen beseitigen. Mikrowellen bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie Licht.

Mikrowellenherde erzeugen Mikrowellen in einer speziellen Konfiguration, die als stehende Welle bezeichnet wird. Eine stehende Welle. Eine stehende Welle ist eine Welle, die so perfekt zu ihrem Behälter passt, dass es aussieht, als würde sie stillstehen. Die meisten Menschen haben als Kinder, die mit Springseilen spielten, stehende Wellen geschaffen. Wenn Sie zum richtigen Zeitpunkt heben und schieben, hat das Springseil eine Stelle, die sich in Gipfel und Täler bewegt, während es an den beiden Enden still bleibt. Wenn Sie sich etwas mehr Mühe geben, können Sie das Springseil zwei Stellen haben, die Gipfel und Täler bilden, und drei Punkte, an denen es still zu halten scheint.

Diese s-ähnliche Kurve ist eine Welle und ihre Länge beträgt eine Wellenlänge. (Ja, ich weiß, dass das offensichtlich ist. Sprechen Sie das einfach an, wenn sich Leute beschweren, dass Physik schwer ist.)

In der Mikrowelle führen die Spitzen und Täler einer stehenden Welle zu einer großen Zeitschwingung, und diese Schwingung kocht das Essen. Die Knoten oder Stellen, an denen das Springseil still zu stehen scheint, führen zu keiner Schwingung.

Deshalb dreht sich die Mikrowellenschale. Es muss das Essen bewegen, um sicherzustellen, dass jedes Teil Ihres Tiefkühlgerichts den Stellen der höchsten Schwingung ausgesetzt ist. Wenn es nur still geblieben wäre, hätten die Erbsen ungefähr die Temperatur des Sonnenzentrums und wären kleine grüne Zeitbomben, die darauf warten, Ihre Zunge zu zerquetschen, während die Tater-Knirsche gefroren wären, bereit, Ihre Zähne zu brechen, wenn Sie hineinbeißen es. Denn Tiefkühlkost hassen uns genauso wie wir sie hassen. Es ist unbestreitbar. Deshalb habe ich es in den Abschnitt „Fakten“ aufgenommen.

Die Anzahl der Wellen, die um einen bestimmten Punkt pro Sekunde wehen, wird als Frequenz der Wellen bezeichnet. Es wurde festgestellt, dass die Frequenz, die Wellenlängen und die Geschwindigkeit der Wellen in einem festen Verhältnis zueinander stehen.

(Frequenz) x (Wellenlänge) = Geschwindigkeit

Dies ist sowohl logisch als auch experimentell sinnvoll. Wenn Sie beispielsweise am Rand eines 1-Meilen-Rundwegs sitzen und alle zehn Minuten ein Läufer an Ihnen vorbeiläuft, können Sie seine Geschwindigkeit wie folgt bestimmen:

(6 Schleifen pro Stunde) X (1 Meile pro Schleife) = Eine Geschwindigkeit von sechs Meilen pro Stunde.

Würden in einer Stunde sechs volle Wellen an Ihnen vorbeifahren, wäre die Geschwindigkeit gleich.

Und so sind wir mit allem theoretischen Wissen ausgestattet, das wir brauchen. In den Kampf!

Jede Website, die ich besucht habe, stimmt zu, dass Sie ein metrisches Lineal und eine Mikrowelle benötigen, an der das Produktetikett noch angebracht ist, aber das rotierende Tablett wurde brutal herausgerissen. Sie sind sich jedoch nicht einig über das richtige experimentelle Material für Atombomben. Einige Websites sagen, dass Sie geschlagenes Eiweiß auf einem Teller benötigen. Andere bevorzugen Marshmallows in einem Gericht. Ich empfehle Ihnen, sich für diejenigen zu entscheiden, die entweder breite Schokoriegel oder eine Schicht Schokoladenstückchen über einem Tablett empfehlen. Es sei denn, Sie finden Schokoladen-Marshmallows.


Lichtgeschwindigkeit in einer Mikrowelle (mit Marshmallows!)

In Ihrem höheren Wissenschaftsstudium haben Sie vielleicht von Hertz und seinen Experimenten mit dem, was wir heute als Radiowellen verstehen, erfahren. Durch eine Reihe von Experimenten konnte er zeigen, dass sich die mysteriöse Strahlung, die er mit den Funken einer Induktionsspule erzeugte, nicht nur wie eine Welle verhielt, indem er zeigte, dass sie das Wellenverhalten von Reflexion, Beugung, Brechung und Interferenz zeigte, sondern auch, dass es sich um eine transversale Welle handelte, was durch die Tatsache demonstriert wurde, dass sie polarisiert sein konnte, genau wie Maxwells vorhergesagte elektromagnetische Strahlung.

Viele Experimente von Hertz beruhten darauf, dass er die Reflexions- und Interferenzeigenschaften der mysteriösen Wellen nutzen konnte, um stehende Wellen zu erzeugen.

Stehende Wellen entstehen, wenn eine Welle zwischen Oberflächen im Abstand von n/2 Wellenlängen hin und her reflektiert wird, wobei n eine positive ganze Zahl ist. Die Welle interferiert mit sich selbst und erzeugt statische Knoten oder Bereiche, in denen die Amplitude immer Null ist, und Bäuche oder Bereiche, in denen die Amplitude zwischen den absoluten Maximal- und Minimalwerten der Welle variiert. Bei einer Sinuswelle beträgt der Abstand zwischen einem Knoten zu seinem nächsten Nachbarknoten oder einem Bauch zu seinem nächsten Nachbarbauch eine halbe Wellenlänge.

Mikrowellenherde basieren auf dem gleichen Prinzip. Wenn Sie in Ihre Mikrowelle schauen, werden Sie feststellen, dass das gesamte Innere aus Metall besteht, entweder aus massiven Teilen oder mit kleinen Löchern wie an der Tür perforiert. (Es gibt normalerweise auch ein Rechteck, das nicht so aussieht, als wäre es richtig an der Wand befestigt – dort finden Sie die Antenne, die die Mikrowellen erzeugt.) Dies sind beide sehr effektive Mikrowellenspiegel. Dies schirmt nicht nur die Außenwelt vor den im Mikrowellenherd erzeugten Mikrowellen ab, sondern maximiert auch die Kocheffizienz, indem die Energie in stehenden Wellen im Mikrowellenherd eingedämmt und dann die zu erhitzenden Lebensmittel so gedreht werden, dass sie abwechselnd durch die Bereiche gelangen von hoher und niedriger Intensität. Aus diesem Grund können Sie Ihren Mikrowellenherd wie ein verkleinertes Modell des Hertz-Labors behandeln. Der Raum wird verkleinert, ebenso die Wellenlänge der Strahlung.

Maxwell sagte nicht nur die Existenz und Natur elektromagnetischer Wellen voraus, er war sogar in der Lage, ihre Geschwindigkeit vorherzusagen. Der Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Frequenz und Geschwindigkeit einer Welle ist einfach: v = f•λ. Hertz war in der Lage, die Wellenlänge und Frequenz seiner mysteriösen Wellen zu messen, da er stehende Wellen erzeugen konnte, und konnte so ihre Geschwindigkeit leicht berechnen. Diese Geschwindigkeit stimmte mit Maxwells Vorhersage überein und lag auch innerhalb des experimentellen Fehlerbereichs der Messungen der Lichtgeschwindigkeit durch andere Wissenschaftler.

Es gibt ein einfaches Experiment, das Sie mit Ihrem Mikrowellenherd durchführen können, um die Lichtgeschwindigkeit nach genau den gleichen Prinzipien wie Hertz zu bestimmen.

  • Ein Mikrowellenherd mit abnehmbarem Drehteller
  • Ein großer, flacher, mikrowellengeeigneter Teller oder ein Brett
    • Mini-Marshmallows. Bitte beachten Sie, dass die Auflösung von Marshmallows in voller Größe unzureichend ist. Alternativ können Sie Folgendes verwenden:
    • Rasierschokolade rasiert. (Hinweis: Bitte verwenden Sie Kochschokolade. Andere Formen schmelzen nicht ausreichend oder brennen nicht. Der Autor hat dieses Experiment mit Flockenriegeln versucht, die nicht nur brennen, sondern auch große Mengen überraschenden grünen Rauchs produzieren.)
    • Käse jeglicher Art. Es schmilzt, schwitzt oder trocknet bei eingewickelten Käsescheiben ganz schön aus oder brennt.
    • Thermopapier, z.B. Faxpapierrolle. Nicht zu empfehlen, da nicht lecker.

    Schritt 1: Nehmen Sie den Drehteller aus der Mikrowelle. Wenn das T- oder X-förmige Teil, das die Rotation antreibt, abnehmbar ist, entfernen Sie auch dieses.

    Schritt 2: Verteile deine Marshmallows (oder eine Alternative) gleichmäßig auf deinem Teller oder Brett. Stellen Sie den Teller oder das Brett in die Mikrowelle und achten Sie darauf, dass es eben ist und sich nicht dreht.

    Schritt 3: Lassen Sie die Mikrowelle 30 Sekunden lang mit voller Leistung laufen. Wenn dies nicht ausreichte, um Bereiche des Erhitzens und/oder Schmelzens zu verursachen, ohne die Platte zu bewegen, können Sie weitere 10 Sekunden lang laufen lassen, bis der gewünschte Effekt erreicht ist. Wenn du Marshmallows verwendest, blähen sie sich während des Erhitzens auf, aber entleeren sich relativ schnell wieder, wenn sie etwas abkühlen. Das ist in Ordnung: Nach dem Entleeren werden Sie normalerweise feststellen, dass sie geschrumpft und leicht geschmolzen sind, sodass Sie die „Hot Spots“ noch vom Rest unterscheiden können.

    Beachten Sie, dass je länger das Erhitzen dauert/je öfter Sie nachheizen müssen, desto mehr seitliche Wärmeübertragung findet statt und desto breiter sind daher die „Hot Spots“. Auf dem obigen Foto wurde ein zusätzliches Nacherhitzen durchgeführt, um die Schwellungen der Marshmallows für das Foto zu maximieren, und Sie können sehen, wie breit die „Hot Spots“ geworden sind.

    Schritt 4: Messen Sie den Abstand zwischen zwei nächstgelegenen „Hot Spots“. Dies ist dein /2 Wert. Aber wie findet man die Frequenz? Es mag ein bisschen wie Betrug erscheinen, aber da Sie es nicht direkt messen können, ohne Ihre Mikrowelle auseinander zu nehmen und sich selbst in Gefahr zu bringen, müssen Sie den Aufkleber auf der Rückseite des Mikrowellengeräts nutzen, der Sie über die Betriebsparameter informiert . Auf diesem Aufkleber ist die Mikrowellenfrequenz angegeben, die Ihr Ofen verwendet. Wie Sie sehen, verwendet der für diese Demonstration verwendete Mikrowellenherd eine Frequenz von 2450 MHz.

    Schritt 5: Essen Sie das schmelzende Marshmallow-Chaos.

    In dieser Demonstration wurde ein Wert von 7 ± 1 cm gefunden. F wurde mit 2450 MHz angegeben.

    Daher können wir berechnen:

    Das ist ungefähr richtig, aber ein bisschen daneben. Bei meiner Messung der halben Wellenlänge gab es jedoch eine gewisse Unsicherheit, die ich jetzt in meine Antwort einbeziehen kann. Ich habe eine Unsicherheit von 1 cm aufgezeichnet. Ich kann dies in einen Prozentsatz von 7 cm umrechnen und dann zurück in einen Unsicherheitswert in meiner endgültig berechneten Geschwindigkeit.

    Unsicherheit in c = (0,14×3,4)×10^8 = 0,5 × 10^8 m / s,

    Das heißt, meine endgültige Antwort sollte ausgedrückt werden als c = (3,4 ± 0,5) × 10^8 m / s

    Der wahre Wert der Lichtgeschwindigkeit in Luft, 3,0 × 10^8 m / s, liegt in diesem Bereich.


    Restliche Valentinsschokolade? Verwenden Sie es, um die Lichtgeschwindigkeit zu messen

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    Wenn Sie ein langjähriger Leser sind, erinnern Sie sich vielleicht an das großartige Mikrowellen-Experiment von Easter Peeps. Nun, heute werden wir übrig gebliebene Valentinstag-Schokolade vernichten, um eine der Konstanten der Physik zu demonstrieren, die Lichtgeschwindigkeit. Schokolade ist ein sehr geeignetes Medium, denn die Erwärmungseigenschaft von Mikrowellen wurde zuerst von einem Wissenschaftler entdeckt, dessen Schokoriegel in seiner Tasche schmolz, als er einem Mikrowellengerät zu nahe kam, das für den Einsatz im Radar getestet wurde.

    WARNUNG: Dieses Experiment kann mehrere Versuche erfordern, um es richtig zu machen. Für Gewichtszunahmen übernehmen wir keine Haftung. Um familiäre Streitigkeiten zu vermeiden, führen Sie dieses Experiment nur mit Ihren eigenen Pralinen oder mit Süßigkeiten durch, auf die Sie Zugriff haben. Sie können wahrscheinlich diese Woche einige übrig gebliebene Kartons im Angebot finden.

    Die Demonstration funktioniert, weil Mikrowellenherde stehende Wellen erzeugen – Wellen, die sich "aufwärts" und "abwärts" bewegen, anstatt wie Wellen im Ozean vorwärts zu rollen. Mikrowellenstrahlung fällt in den Radiobereich des elektromagnetischen Spektrums. Die meisten Öfen erzeugen Wellen mit einer Frequenz von 2.450 Megahertz (Millionen Zyklen pro Sekunde). Der Ofen hat genau die richtige Größe, damit die Mikrowellen von den Wänden reflektiert werden, sodass die Spitzen und Täler perfekt ausgerichtet sind und "heiße Stellen" (eigentlich Wärmelinien) entstehen.

    Was Sie mit den Süßigkeiten tun, ist, die Hotspots zu finden und den Abstand zwischen ihnen zu messen. Aus diesen Informationen können Sie die Wellenlänge bestimmen. Und wenn Sie die Wellenlänge mit der Frequenz multiplizieren, erhalten Sie die Geschwindigkeit! Sie tun Folgendes:

    1. Stellen Sie sicher, dass sich die Süßigkeiten in einer mikrowellenfesten Schachtel befinden. Noch besser, nehmen Sie die Schokolade heraus und legen Sie sie in eine mikrowellengeeignete Schüssel.
    2. Entfernen Sie den Drehteller aus Ihrem Ofen. (Sie möchten, dass die Süßigkeiten beim Erhitzen still stehen.) Legen Sie einen umgedrehten Teller über das sich drehende Ding und stellen Sie Ihre Süßigkeitenschale darauf.
    3. Auf höchster Stufe etwa 20 Sekunden erhitzen.
    4. Nehmen Sie die Schokolade heraus und suchen Sie nach heißen Stellen. Je nach verwendetem Bonbon musst du das Bonbon möglicherweise ertasten, um zu sehen, wo es weich geworden ist. Bei den verwendeten Kirschsirupen sahen wir mehrere glänzende Stellen und eine Stelle, an der die Schokoladenschale durchschmolz und den süßen Sirup im Inneren freisetzte.
    5. Messen Sie den Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten. Dies sollte der Abstand zwischen dem Gipfel und dem Tal (Kamm und Tal) der Welle sein. Da die Wellenlänge der Abstand zwischen zwei Gipfeln ist, multiplizieren Sie mit 2. Schließlich multiplizieren Sie dieses Ergebnis mit der in Hertz oder 2,450,000,000 ausgedrückten Frequenz (2,45 x 10 9 für meinen Sohn, der gerade die wissenschaftliche Notation lernt).

    In unserem Test haben wir einen Abstand von etwa 6 Zentimetern gemessen. 6 x 2 x 2.450.000.000 = 29.400.000.000 Zentimeter pro Sekunde oder 294.000.000 Meter pro Sekunde. Das sind 299.792.458 Meter pro Sekunde, was der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Nicht schlecht für etwas übrig gebliebene Schokolade und ein Küchengerät!

    Ich habe dieses Experiment bei Null Hypothesis entdeckt, obwohl es überall im Internet zu finden ist, einschließlich vieler Versionen mit ausgefallenen Diagrammen und Animationen. Übrigens eignen sich geschmolzene Schokoriegel perfekt als Eiscreme-Topping. Nur sagen.


    Mit einem Mikrowellenherd und Schokolade die Lichtgeschwindigkeit messen

    Ich unterrichte seit einiger Zeit Naturwissenschaften/Physik und habe nebenbei viel geschrieben. Vieles von dem, was ich geschrieben habe, ist für Nelson Thornes, OUP und SamLearning, aber hier sind einige Dinge, die mir gehören und die ich hier veröffentlichen kann. Ich hoffe, Sie finden sie nützlich. Auf www.darvill.clara.net finden Sie weitere Artikel und Miniseiten über GCSE-Radioaktivität, Energieressourcen und das elektromagnetische Spektrum, die eine ganze Unterrichtsstunde und mehr belegen können.

    Teile das

    Nehmen Sie den Drehteller aus der Mikrowelle, legen Sie eine große Tafel Schokolade hinein (evtl. auf einer Plastikplatte etwas anheben).
    Lassen Sie die Mikrowelle laufen, mit Glück und Geschick können Sie an den Bäuchen geschmolzene Schokoladenflecken bekommen.
    Messen Sie den Abstand zwischen den Spots, verdoppeln Sie ihn und Sie haben die Wellenlänge. Schlagen Sie die Frequenz auf der Rückseite des Mikrowellenherds nach, verwenden Sie die Wellengleichung und berechnen Sie c. Dann iss die Schokolade.

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    Nehmen Sie den Drehteller aus dem Mikrowellenherd – einschließlich der Räder, falls Ihre Mikrowelle diese hat. Stellen Sie das mikrowellengeeignete Tablett mit der Oberseite nach unten über den mittleren Rotator in den Ofen und schalten Sie ihn 5 s lang ein. (Wenn sich das Tablett dreht, müssen Sie möglicherweise eine größere Plattform wie einen Pappteller verwenden.) Sie möchten nicht, dass sich Ihr Schokoriegel in der Mikrowelle bewegt. Legen Sie den Schokoriegel verkehrt herum auf die Rückseite des Tabletts (siehe Bild 2).

    Mit dieser Aktivität sind keine Sicherheitsprobleme verbunden. Wenn die Aktivität beendet ist, verbrauchen Sie einfach die gesamte gewünschte Schokolade.


    In diesem Experiment verwendete Materialien:

    • Lange Tafel Schokolade – 2,00 $, 3,50 $ in New York
    • Mikrowelle: $100
    • Teller: Sauber, am besten. (Mikrowellengeeignet, wenn Sie Ihre Mikrowelle mögen)
    • Taschenrechner: Kein Muss (aber siehe Abschnitt mit dem Titel Zeit für Experimente )
    • Lineal:

      Praktische Anwendungen:

      Es gibt viele Anwendungen, um die Lichtgeschwindigkeit zu kennen, und alle zu erwähnen wäre selbst für mich eine verrückte, verrückte Aufgabe. Der Konsistenz halber sind hier jedoch einige interessante wissenschaftliche Anwendungen aufgeführt, die die Lichtgeschwindigkeit nutzen:

      • GPS-Systeme kann die Signalposition auf der Erde mit Berechnungen auf der Grundlage der Lichtgeschwindigkeit lokalisieren. Das GPS-Gerät (beispielsweise in Ihrer Hand) empfängt einen Ortungsstrahl von mehreren Satelliten an verschiedenen Orten im Orbit. GPS-Satelliten befinden sich zu jeder Zeit über verschiedenen Teilen der Erde und senden alle ein Signal aus, das gemäß einer Atomuhr miteinander synchronisiert ist. Mit anderen Worten, sie senden alle genau zur gleichen Zeit. Aber weil die Satelliten unterschiedlich weit von Ihnen entfernt sind, empfängt Ihr GPS-Gerät diese synchronen Signale zu unterschiedlichen Zeiten Art und Weise – früher von näheren Satelliten, später für weiter entfernte. Durch die Berechnung der relativen Verzögerungen der Signale kann Ihr GPS-Gerät mit außergewöhnlicher Genauigkeit feststellen, wo Sie sich gerade befinden.
      • Kommunikation im Raum: Die Lichtgeschwindigkeit beeinflusst die Kommunikation im Allgemeinen (da Licht selbst, wie gesagt, eine elektromagnetische Welle ist, genau wie Radiowellen, aber mit einer anderen Frequenz), aber der auffälligste Effekt ist die Kommunikation im Raum. Als die Bodenkontrolle von Houston (wie in “Houston.. we have a problem!” ) mit Apollo 8 kommunizierte, der ersten Apollo-Mission, die den Mond umkreiste, mussten sie etwa 3 Sekunden warten, bis ihre Nachrichten die Astronauten erreichten.
      • Entfernungen im Raum: Da die Entfernungen im Weltraum so groß sind und die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant und somit immer gleich groß ist, werden Entfernungen zu fernen Sonnensystemen, Planeten und anderen stellaren Objekten oft in „Lichtjahren“ bezeichnet Im Allgemeinen werden die Einheiten “parsec” (“parallax second”) und Kilometer verwendet, aber um die schiere Größe dieser Entfernungen zu vermitteln, werden sie in Form der Lichtgeschwindigkeit ausgedrückt.
        Diese Messmethode ist definiert als die Strecke, die ein Lichtstrahl in einer bestimmten Zeit zurücklegt. Zum Beispiel ist es viel bequemer, die Entfernung zum Alpha Centauri-System als 4,3 Lichtjahre auszudrücken (was bedeutet, dass Licht von dort 4,3 Jahre braucht, um die Erde zu erreichen), als zu versuchen, es als eine Entfernung von 4,06802721 * 10^ . zu sagen, zu schreiben, einzugeben oder sich daran zu erinnern 13km.

      Ist Licht nicht brillant?- Ich weiß, ich habe auch nicht gelacht.

      Denken Sie daran: Wahre Wissenschaft ist Experimentieren und Beobachten. Wenn Sie Ihr Gehirn benutzen, um zu denken, liegt Ihnen die Welt zu Füßen! (Natürlich liegt Ihnen die Welt sowieso zu Füßen, aber wenn Sie es nicht tun denken Sie werden nicht wissen, was Sie damit tun sollen.)

      (Vielen Dank an Daniel, der mir mit Englisch, Witzen und einer anständigen Kombination aus beidem geholfen hat.)

      .11, wenn Sie zu Tausenden kaufen.
    • Persönliche, intime Kenntnis der Lichtgeschwindigkeit: Unbezahlbar

    Messung der Lichtgeschwindigkeit von Käse im Mikrowellenherd

    In diesem Video sehen Sie, wie mein Sohn Tom und ich ein einfaches, aber wichtiges Experiment durchführen, bei dem Sie die Lichtgeschwindigkeit nur mit einem Mikrowellenherd und Käse annähern können. Wie? Nun, die Lichtgeschwindigkeit ist gleich der Frequenz mal der Wellenlänge. Und ein Mikrowellenherd kommt mit einer Anzeige auf der Rückseite, die die Frequenz anzeigt. Unsere ist 2450 MHz. Dann müssen Sie nur noch Käse in einem Teller schmelzen und mit einem einfachen Lineal die Abstände zwischen den ersten beiden Bereichen des Käses messen, die zu schmelzen beginnen. Dazu ist es wichtig, dass Sie verhindern, dass sich der Teller der Mikrowelle dreht. Für weitere Details sehen Sie sich einfach das Video an.

    Folgen Sie Martin Varsavsky auf Twitter: twitter.com/martinvars

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    Es ist eine gute Möglichkeit, die Natur der Wellen zu zeigen (unabhängig von ihrer Frequenz), aber in der Mikrowelle haben Sie keine “reine” Welle, da die Wellen reflektieren, also haben Sie tatsächlich keine reine Wellenlänge entspricht diesen 2450 MHz. Auf jeden Fall gut gemacht sehr lehrreich. In Spanien werden keine “praktischen” Demonstrationen der Theorie verwendet. Herzlichen Glückwunsch.


    Schau das Video: Physiktutorium: Messung der Lichtgeschwindigkeit