Entfernungsmessung – vom Atom bis zur Galaxie
Die Entfernungsmessung wird in den unterschiedlichsten Bereichen verwendet. Im Beruf werden ganze Straßenzüge vermessen oder kontrolliert ob Hauswände am richtigen Platz stehen. In der Raumfahrttechnik werden Entfernungen weit weg liegender Galaxien ermittelt und in der Nanotechnik kleinste Teilchen in ihrer Länge bestimmt. Auch im privaten Bereich wird die Entfernungsmessung verwendet. Denken Sie mal an das Piepen bei einem Auto mit Einparkhilfe oder an die Messung der Wohnfläche mit einem Laserentfernungsmessgerät.
Es werden immer neue Messmethoden entwickelt.
Bei den Olympischen Spielen 1972 in München wurde zum ersten Mal eine Messtechnik eingesetzt, die heute noch in ähnlicher Form verwendet wird. Zuvor wurden in der Leichtathletik u.a. Maßband und Messstab verwendet.
Wie wurde 1972 die Entfernung der Speer- oder Diskuswerfer ermittelt die es bis zu einer Weite von bis zu 64m brachten? Dies geschah mit Hilfe der Laufzeitmessung.
Es gibt eine zentrale Maßeinheit, die in ihrer Recheneinheit alle Daten miteinander verknüpft und die gemessene Entfernung ermittelt. Hierzu benötigt Die Messeinheit verschiedene Parameter:
– Ein Kontrollpunkt in Sichtweite zur Kontrollmöglichkeit der späteren Winkelmessung (z.B. Ein Gebäudepfeiler)
– Der Winkel Alpha zwischen dem Kontrollpunkt und der Mitte des Wurfkreises
– Die Entfernung S1 zwischen der Messeinheit und dem Mittelpunkt des Wurfkreises
– Der Radius r des Wurfkreises welcher international vorgeschrieben ist
– Nun ist die Messeinheit eingerichtet und der Wettkampf kann beginnen
– An dem Einschlagort des Diskus steckt der Wettkampfrichter einen Reflektor der zur Messeinheit zeigt
– Mit Hilfe der Laufzeitberechnung ermittelt die Recheneinheit die Entfernung
– Durch die Entfernung von dem Reflektor zur Messeinheit und dadurch entstehenden Winkel Alpha kann die Recheneinheit die genaue Wurfweite mit Hilfe des Kosinussatz in Sekundenschnelle ermittelt. Die Ergebnisse werden an Ausgabegeräte wie Monitore gegeben um die Weite anzuzeigen
– Die Rechnung: a² = b² + c² – 2bc * cos(Alpha)
(Wurfweite + Radius)² = (S1)² + (S2)² – 2 * S1 * S2 * cos(Alpha)
So wurden die Entfernungen der Diskuswerfer ermittelt und direkt auf eine Anzeige im Stadion wiedergegeben um direkt zu sehen, auf welchem Rang dich die Olympioniken befinden.
Bei der Distanz- oder Entfernungsmessung gibt es die direkte und die indirekte Messung.
Bei der direkten Messung wird die Strecke z.B. mit Hilfe eines Stahlmaßbands, Messlatte oder eines Gliedermaßstab direkt vom Startpunk bis zum Endpunkt vermessen. Die Strecke kann direkt abgelesen werden.
Bei der indirekten Entfernungsmessung werden andere, uns bekannten Größen dazu verwendet, die Entfernung zu ermitteln. Dies geschieht z.B. über eine Laufzeitmessung. Hier finden Methoden wie Laser- oder Radarmessung ihre Anwendung. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist bekannt und kann somit zur Bestimmung der Entfernung genutzt werden. Ein Signal wird von der Messeinheit zum Objekt gesendet und dort reflektiert. Aus der benötigten Hin- und Rücklaufzeit wird dann die Strecke errechnet. Dieses Verfahren machen sich auch Fledermäuse mit Ultraschallsignalen zur Orientierung zu Nutze. Beispiele für Laufzeitmessungen sind auch Echolot und Sonar. Diese nutzen Schallsignale im Wasser zur Entfernungsmessung. Radaranlagen nutzen elektromagnetische Wellen im Funkwellenlängenbereich zur Entfernungsmessung. Im Inneren der Erde verwendet man u.a. Impulsschallquellen oder Sprengladungen zur Schallwellenerzeugung welche dann mit Hilfe mehrerer Mikrofone zur Bestimmung der Laufzeit verwendet werden. Eine indirekte Messung ist auch die Hodemetrie Messung mit einem Messrad (Hodometer) und die Streckenberechnung mit Hilfe des Radumfangs. Dieses Messverfahren kommt häufig bei Verkehrsunfällen für die Aufnahme Kurviger Strecken zum Einsatz. Messschieber und Mikrometerschraube gehören ebenfalls zu den indirekten Messverfahren.
Die moderne Technik kann die Länge eines Atoms und die Entfernung von fernen Galaxien bestimmen. Hierzu sind diverse Messverfahren nötig. All diese Entfernungen werden oft im Metrischen System dargestellt. Früher wurde das Urmeter zum kalibrieren verwendet, heute verwendet man zur Definition eines Meters Licht und dessen Laufzeit.
Hier eine Aufstellung von Entfernungen und den dazugehörigen Messmethoden:
Triangulation ist eine geometrische Methode der optischen Abstandsmessung mit Hilfe genauer Winkelmessung. (z.B. Landvermessung).
Interferometrie ist eine weit genutzte Messmethode in der Physik, die auf der Überlagerung von Wellen basiert.
Zur Messung der Parallaxe eines Sterns beobachtet man den betreffenden Stern von zwei Punkten aus, die möglichst weit auseinander liegen. Dazu bedient man sich der Umlaufbewegung der Erde um die Sonne.
Die Entfernungsbestimmung mit Hilfe der Rotverschiebung des Lichts wird bei sehr weit entfernten Objekten wie Galaxien oder Quasaren angewandt. Für die Rotverschiebung müssen bekannte Spektrallinien im Spektrum einer Galaxie identifiziert werden und ihre genaue Wellenlänge vermessen werden.