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In der Interferometrie werden Messmethoden verwendet, die auf der Interferenz von Wellen aufbauen. Das bekannteste Interferometer ist wohl das Michelson Interferometer, mit welchem der sogenannte Äther nachgewiesen werden sollte (Vorversuche ab 1881 in Berlin, entscheidendes Experiment ab 1886 in Ohio, USA, siehe auch Aufgabe unten). Aber auch in der jüngeren Forschung besitzen Interferometer eine große Bedeutung, So konnten am LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) mit einem Interferometer im Jahre 2015 erstmals Gravitationswellen experimentell nachgewiesen werden.
Das Prinzip der beiden genannten Interferometer kann mit dem Mikrowellen-Interferometer leicht nachgebaut werden (insbesondere ist es im Vergleich zum Michelson Interferometer mit Licht leicht zu justieren). Dieses Prinzip soll mit dem hier zu untersuchenden Experiment verdeutlicht werden.

Exkurs: Interferometer mit Mikrowellen

Der Mikrowellensender und der Verstärker müssen wie bei den vorherigen IBE beschrieben in Betrieb genommen werden. Die Metallplatte rechts ist verschiebbar, die Position der Platte kann auf der Schiene, deren Anzeige durch Anklicken vergrößert dargestellt werden kann, abgelesen werden. Bei der vergrößerten Darstellung findet man auch Pfeiltasten, mit denen die Platte schrittweise bewegt werden kann.

Mit diesem IBE können Sie das Interferometer in der Draufsicht selbst aufbauen.
Ordnen Sie die Bauteile des Interferometers an.
Beschreiben Sie die möglichen Wege, die die Mikrowellen von Sender zum Empfänger zurücklegen können.

  • Begründen Sie, wieviel Prozent der ausgesendeten Mikrowellen beim Empfänger ankommen, wenn die Glasscheibe 50% der Wellen durchlässt und 50% reflektiert.
  • Begründen Sie, wie sich der Anteil verändert, wenn die Glasscheibe mehr (weniger) Strahlung reflektiert als durchlässt.
  • Begründen Sie, warum die Anteile der Wellen, die von jedem der beiden Spiegel beim Empfänger ankommen, immer gleich groß sind, unabhängig davon, welcher Anteil der Wellen reflektiert oder durchgelassen wird.

Schalten Sie nun bei dem IBE oben den Sender und den Verstärker ein. Verschieben Sie langsam(!), am besten mit den Pfeiltasten in der vergrößerten Darstellung der Schiene, die rechte Metallplatte und beobachten Sie den Zeigerausschlag.
Erläutern Sie Gründe für das periodische Auftreten von Maxima und Minima beim Empfängersignal.

Wie bereits im einleitenden Text erwähnt, ist eines der bekannten Interferometer das Michelson-Interferometer, auch als Michelson-Morley-Experiment bekannt.
Bereiten Sie einen kurzen Vortrag zu dem Experiment vor, Darin sollten auf jeden Fall folgende Fragen beantwortet werden:

  • Was wollten Michelson und Morley mit ihren Experiment zeigen?
  • Wie wollten Sie es nachweisen?
  • Wie ist das Interferometer aufgebaut?
  • In welchem Zusammenhang steht das Experiment mit der speziellen Relativitätstheorie?

Rekonstruiertes Michelson Interferometer, es befindet sich im Keller des ehemaligen astrophysikalischen Instituts in Potsdam, wo Michelson seine ersten Versuche mit dem Interferometer durchführte.

 

Ebenfalls im einleitenden Text wurde erwähnt, dass auch in der jüngeren Forschung ein Interferometer zu bahnbrechenden Beobachtungen geführt hat. Für ihre Beobachtungen, die Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish ab 2015 am LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)  gemacht haben, bekamen die drei bereits 2017(!) einen Nobelpreis.
Recherchieren Sie im Internet, was die drei beobachtet haben. Finden Sie auch heraus, wie groß das von Ihnen verwendete Interferometer ist.

Tipp

Berücksichtigen Sie, dass die Welle die Strecke zwischen der Glasscheibe und dem Spiegel zweimal durchläuft.

Geben Sie in Abhängigkeit von der Wellenlänge an, wie groß der Abstand zwischen zwei Minima bzw. Maxima ist.


Bestimmen Sie die Wellenlänge und die Frequenz der verwendeten Mikrowellen.

S

Empfänger

Metallplatte, fest

Glasplatte

Metallplatte, verschiebbar

Multimeter

Verstärker

Klystron-Betriebsgerät

 

 

 

 

 

 ↔ 

Sender


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