Lichtgeschwindigkeit – Definition und Berechnung einfach erklärt

Erfahre, dass die Lichtgeschwindigkeit die maximale Geschwindigkeit im Vakuum ist. Entdecke, wie Licht in verschiedenen Medien variiert und beeindruckende Beispiele wie die Entfernung zum Mars. Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!

Inhaltsverzeichnis zum Thema Lichtgeschwindigkeit

Lichtgeschwindigkeit im Überblick

  • Als Lichtgeschwindigkeit wird die Geschwindigkeit bezeichnet, mit der sich Licht im Vakuum ausbreitet.

  • Die Lichtgeschwindigkeit c beträgt 299\,792\,458\,\dfrac{\pu{m}}{\pu{s}}.
  • In der Physik gilt, dass sich nichts schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Sie ist die größtmögliche Geschwindigkeit.
  • Die Lichtausbreitung in Medien erfolgt mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Ausbreitung im Vakuum.

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Quelle sofatutor.com

Lichtgeschwindigkeit – Definition

Die Geschwindigkeit, mit der sich Licht im Vakuum ausbreitet, ist die größtmögliche Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit wird Lichtgeschwindigkeit genannt. Die Lichtgeschwindigkeit ist damit eine grundlegende Konstante in der Physik. Sie besitzt das Formelzeichen c und ist definiert als:

c = 299\,792\,458\,\dfrac{\pu{m}}{\pu{s}}

Licht legt also im Vakuum knapp 300\,000\,000\,\pu{m} in nur einer Sekunde zurück. Nichts kann sich schneller bewegen. In anderen Medien, zum Beispiel Wasser oder Luft, ist die Geschwindigkeit des Lichts etwas geringer.

Lichtgeschwindigkeit in der Praxis

Deutlich wird die Schnelligkeit des Lichts bei Gewittern. Donner und Blitz entstehen im exakt gleichen Moment, doch häufig sehen wir den Blitz schon Sekunden, bevor wir den Donner überhaupt hören. Das liegt daran, dass die Lichtgeschwindigkeit deutlich schneller ist als die Schallgeschwindigkeit.

Die folgende Tabelle zeigt, wie lange das Licht von der Erde bis zu verschiedenen Himmelskörpern benötigt.

Strecke Zeit
Erde – Mond etwa 1,25 Sekunden
Erde – Sonne etwa 8 Minuten
Erde – Mars zwischen 3 und 22 Minuten
Erde – nächster Stern der Sonne (Proxima Centauri) etwa 4,24 Jahre

Lichtgeschwindigkeit in andere Einheiten umrechnen

Normalerweise wird die Lichtgeschwindigkeit in der Einheit \frac{\pu{m}}{\pu{s}} angegeben. Wir können diese jedoch auch in die Einheiten \frac{\pu{km}}{\pu{s}} und \frac{\pu{km}}{\pu{h}} umrechnen. Wie das geht, schauen wir uns im Folgenden gemeinsam an.

Lichtgeschwindigkeit in \frac{\pu{km}}{\pu{s}}

Da 1\,\pu{km} genau 1\,000\,\pu{m} entspricht, müssen wir bei der Umrechnung von \frac{\pu{m}}{\pu{s}} in die Einheit \frac{\pu{km}}{\pu{s}} den Wert lediglich durch 1\,000 teilen. Damit das leichter geht, nehmen wir den gerundeten Wert von 300\,000\,000\,\frac{\pu{m}}{\pu{s}} und erhalten:

\dfrac{300\,000\,000\,\pu{m}}{1\,000} = 300\,000\,\pu{km}

Das entspricht dann also einer Geschwindigkeit von rund 300\,000\,\frac{\pu{km}}{\pu{s}}.

Lichtgeschwindigkeit in \frac{\pu{km}}{\pu{h}}

Da eine Stunde 3\,600 Sekunden entspricht, müssen wir die Geschwindigkeit von \frac{300\,000\,\pu{km}}{\pu{s}} mit 3\,600 erweitern und erhalten:

\dfrac{300\,000\,\pu{km} \cdot 3\,600}{\pu{s} \cdot 3\,600} = \dfrac{1\,080\,000\,000\,\pu{km}}{3\,600\,\pu{s}} = 1\,080\,000\,000\,\dfrac{\pu{km}}{\pu{h}}

Im Vakuum bewegt sich Licht also mit einer Geschwindigkeit von rund 1\,080\,000\,000\,\frac{\pu{km}}{\pu{h}}.

Lichtgeschwindigkeit in anderen Medien

Bewegt sich das Licht in durchsichtigen Medien wie Luft, Wasser oder Glas, ist die Geschwindigkeit des Lichts langsamer als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Das Verhältnis zwischen der Lichtgeschwindigkeit c im Vakuum und der Geschwindigkeit v im anderen Medium wird durch den Brechungsindex n angegeben.

n = \dfrac{c}{v}

Für Luft beträgt dieser Brechungsindex 1,0003. Die Lichtgeschwindigkeit in der Luft beträgt also:

\dfrac{c}{1,0003} \approx 299\,910\,027\,\dfrac{\pu{m}}{\pu{s}}

Der Brechungsindex von Wasser beträgt etwa 1,3. Somit ist die Lichtgeschwindigkeit im Wasser:

\dfrac{c}{1,3} \approx 230\,769\,231\,\dfrac{\pu{m}}{\pu{s}}

Der Brechungsindex von Glas beträgt etwa 1,5. Somit bewegt sich das Licht durch Glas mit einer Geschwindigkeit von:

\dfrac{c}{1,5} \approx 200.000\,000\,\dfrac{\pu{m}}{\pu{s}}

Lichtgeschwindigkeit messen und berechnen

Die Lichtgeschwindigkeit lässt sich mit modernen Messgeräten messen. Es gibt verschiedene Experimente zur Ermittlung der Lichtgeschwindigkeit. Da jedoch häufig mit gerundeten Werten gearbeitet wird, sind die Ergebnisse ebenfalls nicht ganz genau.

Um die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen, wird häufig das folgende Beispiel gewählt:
Wir stellen uns vor, dass auf dem Mond ein Spiegel installiert ist. Richten wir nun einen sehr starken Laser auf diesen Spiegel, sehen wir die Spiegelung nach 2,5 Sekunden. Die Entfernung zwischen Erde und Mond beträgt etwa 384\,400\,\pu{km}.
Mit der folgenden Formel können wir daraus die Lichtgeschwindigkeit berechnen:

v_{Licht} = \dfrac{Strecke}{Zeit}

Da das Licht die Strecke zwischen Erde und Mond zweimal zurücklegen muss (einmal von der Erde zum Mond und wieder zurück), müssen wir das beim Einsetzen in die Formel beachten. Die errechnete Lichtgeschwindigkeit beträgt:

v_{Licht} = \dfrac{Strecke}{Zeit} = \dfrac{2 \cdot 384\,400\,\pu{km}}{2,5\,\pu{s}} = 307\,520\,\dfrac{\pu{km}}{\pu{s}}

Dieser Wert entspricht näherungsweise der Lichtgeschwindigkeit. Die Ungenauigkeiten kommen daher, dass mit gerundeten Werten gearbeitet wurde.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Lichtgeschwindigkeit

Als Lichtgeschwindigkeit wird die Geschwindigkeit bezeichnet, mit der sich Licht im Vakuum ausbreitet. Sie ist die größtmögliche Geschwindigkeit.

Die Lichtgeschwindigkeit beträgt im Vakuum 299\,792\,458\,\dfrac{\pu{m}}{\pu{s}}.

Im Vakuum bewegt sich Licht mit einer Geschwindigkeit von 299\,792\,458\,\dfrac{\pu{m}}{\pu{s}}.

Wie schnell Licht sich bewegt, kommt auf das Medium an, in dem es sich bewegt. Im Vakuum bewegt sich Licht mit einer Geschwindigkeit von 299\,792\,458\,\dfrac{\pu{m}}{\pu{s}}. In anderen Medien wie Luft, Glas oder Wasser bewegt es sich langsamer.

Licht benötigt für die Strecke von der Erde bis zur Sonne ungefähr 8 Minuten.

Licht benötigt für die Strecke von der Erde bis zum Mond ungefähr 1,25 Sekunden.

Da die Lichtgeschwindigkeit die größtmögliche Geschwindigkeit ist, kann sich nichts schneller bewegen. Auch die Schallgeschwindigkeit ist deutlich geringer. Aus diesem Grund sieht man bei Gewittern den Blitz, bevor man den Donner hört.

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