Ebbe und Flut - Einfluss des Mondes auf die Erde

Neben der Sonne übt der Mond einen bedeutsamen Einfluss auf die Erde aus - auch wenn man diesen erst bei genauerem Hinsehen bzw. Nachdenken erkennt: Der Mond beeinflusst auf der ganzen Erde die Gezeiten. Besonders interessant ist die Frage, warum eigentlich auch auf der dem Mond abgewandten Seite der Erde ein Flutberg vorhanden ist.

Die Erklärung der Gezeiten

Die Erklärung der Gezeiten verlangt eine genaue Analyse der Bewegung der Erde um den gemeinsamen Schwerpunkt von Erde und Mond und die daraus resultierenden Folgen hinsichtlich Gravitations- und Zentralkräften bzw. den entsprechenden Beschleunigungen.

Vertiefung: Die Erklärung der Gezeiten - ein quantitatives Detail

Auf die Wassermassen der Erde wirken an verschiedenen Stellen der Oberfläche leicht unterschiedliche Gravitationskräfte des Mondes ein. Zusätzlich bestehen überall gleich große Fliehkräfte an der Erdoberfläche aufgrund der Bewegung der Erde um den gemeinsamen Schwerpunkt von Erde und Mond. Hier wird erklärt, warum dieses zu zwei Flutbergen auf der mondzugewandten und der mondabgewandten Seite der Erde führt.

Tidenumlauf auf der Erde und Gezeitenwirkung auf dem Mond

Eine Simulation verdeutlicht, wie sich die Erde bei einem vollständigen Umlauf des Mondes innerhalb von 27,3 Tagen "unter" dem vom Mond erzeugten Tidenhub "hinweg dreht". Damit wird verständlich, warum, von einem Ort auf der Erdoberfläche gesehen, ungefähr zweimal am Tag ein Flutberg auftritt.

Eine Tiden-Animation

Eine (weitere) Simulation zur Verdeutlichung der Gezeiten Ebbe und Flut unter Hinzunahme des Einflusses der Sonne.

Gezeiten in der Natur (1)

Hier geht es um tagesaktuelle und tageszeitaktuelle Informationen zu den Gezeiten bzw. zum Tidenhub in deutschen Küstengewässern und an der Bay of Fundy in Kanada. Die Daten können über mehrere Tage hinweg verfolgt werden und lassen somit auch zusätzliche Einflüsse von Stürmen erkennbar werden.

Gezeiten in der Natur (2)

Die auf der voranstehenden Seite gegebenen Möglichkeiten werden ergänzt um Angaben zur aktuellen Mondphase. So kann man bei Verfolgung des Tidenhubs über mehrere Tage prüfen, inwieweit die Mondphasen - und damit der Stand von Mond und Sonne - die Gezeiten beeinflussen.

Von kosmischen Harmonien und himmlischen Sphären

Wohl in allen Kulturen haben Menschen versucht, Himmelserscheinungen zu erklären und zu deuten. Erste astronomische Modelle wurden vor allem im antiken Griechenland entwickelt. Bedeutsam waren unter anderem Ideen der Pythagoräer zu kosmischen Harmonien und geozentrische Vorstellungen des Aristoteles mit Bahnen der Himmelkörper auf durchsichtigen Kugeln (Sphären).

Das heliozentrische Weltbild des Kopernikus - ein Perspektivenwechsel

Erst zu Beginn der Neuzeit wurde das geozentrische Weltbild des Aristoteles allmählich verworfen. Zunächst als Alternative wurde von Nikolaus Kopernikus ein Modell des Weltalls vorgeschlagen, bei dem die Sonne im Mittelpunkt steht.
 

Exkurs: Scheinbare Schleifenbahnen der Planeten - geozentrisch

In einem 3D-Modell können die scheinbaren Schleifenbahnen eines fiktiven "Planeten" auf seinem Umlauf um die Erde, die in früherer Zeit als Zentrum der sie umkreisenden Gestirne gesehen wurde, vor dem Hintergrund des Himmelsgewölbes veranschaulicht werden.
 

Erste Vermessungen im Kosmos

Aristarch von Samos versuchte bereits im antiken Griechenland, mit einfachen Methoden quantitative Aussagen über die Größe und die Entfernung von Sonne und Mond relativ zur Erde zu gewinnen. 

Kreis-, Ellipsen-, Parabel- und Hyperbelbahnen

Mit einer Simulation können die unterschiedlichen Formen der Bahnkurven von Satelliten in qualitativer Form untersucht werden. Einem Satelliten kann dazu eine beliebige Anfangsgeschwindigkeit vermittelt werden, die ihn auf die verschiedenen Bahntypen führt.
 

Die Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne (1)

In einem ersten Schritt steht die Ausrichtung der Erdachse während des Umlaufs der Erde um die Sonne im Fokus. Erfahrungsgemäß findet man hierzu unterschiedliche Vorstellungen, die in einer Animation gegenübergestellt werden.
 

Die Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne (2)

In einem 3D-GeoGebra-Modell wird sowohl die Eigendrehung der Erde als auch ihre Drehung um die Sonne interaktiv dargestellt. Es können daher insbesondere die Richtung der Erdachse und die sich daraus ergebenden Folgerungen für die Sonnenstände untersucht werden.
 

Fixsternparallaxe sonnennaher Sterne

Die Fixsternparallaxe dient zur Entfernungsbestimmung sonnennaher Sterne. Es wird erklärt, wie man aufgrund der quantitativen Auswertung der scheinaren Sternenbewegung vor dem Himmelsgewölbe auf deren Distanz zur Sonne schließen kann.

Isaac Newton legt die Fundamente der klassischen Mechanik

Der englische Mathematiker und Naturwissenschaftler Isaac Newton formulierte als erster grundlegende Gesetzmäßigkeiten der Mechanik. Mit den Newton'schen Gesetzen lassen sich sowohl Bewegungen auf der Erde als auch Bewegungen von Himmelskörpern beschreiben und vorhersagen. 
 

Exkurs: Newtons Überlegungen zum Gravitationsgesetz

Es wird dargestellt, wie Newton auf der Grundlage eigener Überlegungen und von Arbeiten anderer Wissenschaftler zur Formulierung des Gravitationsgesetzes kam.

Das Cavendish-Experiment

Anhand eines IBE können der grundsätzliche Aufbau und der Ablauf des Experiments nachvollzogen werden, mit dem Henry Cavendish die Bestimmung der für weitere Erkenntnisse so bedeutenden Gravitationskonstante $G$ im Newton'schen Gravitationsgesetz gelang.
 

Exkurs: Das Cavendish-Experiment und die Gleichgewichte an der Gravitationswaage

In einem Modellexperiment können die Wirkungen der Drehmomente studiert werden, wenn die Verdrillung des Fadens in der Gravitationswaage und die Gravitationskräfte aufgrund der sich verändernden Positionen der Kugeln variieren.

Exkurs: Bestimmung der Gravitationskonstante (Beschleunigungsmethode)

Unter Verwendung einer Drehwaage kann mittels der so genannten Beschleunigungsmethode die Größe der Gravitationskonstante $G$ bestimmt werden.
 

Exkurs: Gravitation winziger Massen

In der aktuellen physikalischen Forschung wird nach einer einheitlichen Darstellung der vier grundlegenden Wechselwirkungen gesucht. Dafür ist es erforderlich, Verfahren zur Messung von Gravitationskräften in immer kleineren Dimensionen zu entwickeln.
 

Klimawandel und anthropogene Drift der Erdachse

Neuere Forschungen zeigen, dass sich als Folge des Klimawandels Änderungen bei der Bewegung der Erde im Weltall nachweisen lassen. Eine veränderte Massenverteilung an der Erdoberfläche durch das Abschmelzen von Eisschichten führt zu leichten Verschiebungen in der Neigung der Erdachse. 
 

Gravitation als Summe der Anziehungskräfte 'infinitesimaler' Massenelemente

Diese Seite geht mit Hilfe von Berechnungen in einer Tabellenkalkulation  der Frage nach, wie sich die gesamte Gravitationswirkung einer Kugel aus denjenigen ihrer einzelnen Bestandselementen zusammensetzt. Damit wird aufgeklärt, warum man beim Gravitationsgesetz in einfacher Form immer von der Entfernung eines Körpers vom Mittelpunkt des Zentralkörpers ausgehen darf.
 

Gravitationsfeldstärke und Gravitationspotential der Erde

Mit zunehmender Entfernung vom Erdmittelpunkt erfährt ein Körper sehr unterschiedliche Gewichtskräfte. Hier wird untersucht, wie diese Kräft (bei dem einfachsten Modell einer - allerdings nicht der Realität entsprechenden - homogenen Dichte der Erde) von null an größer wird, an der Erdoberfläche ihr Maximum erreicht und danach wieder bis auf null zurückgeht.
 

Die drei Kepler'schen Gesetze

Es wird zunächste eine kurze Übersicht über die drei Kepler'schen Gesetze gegeben, die aufgrund der Brahe'schen astronomischen Beobachtungen der Planetenbahnen von Kepler formuliert worden sind.
 

Zweites Kepler'sches Gesetz: Simulation

In einer GeoGebra-Simulation kann der Flächensatz (2. Kepler'sches Gesetz) für den Umlauf eines Planeten (Satelliten) um die Erde (seinen Zentralkörper) erkundet werden.

Zweites Kepler'sches Gesetz: Analogexperiment

Eine selten durchgeführtes Realexperiment zeigt in einer Durchführung auf einem Luftkissentisch die Bewegung eines einer entsprechend variierenden Zentralkraft unterliegenden Luftkissengleiters auf seiner sich ergebenden Ellipsenbahn, für die der Flächensatz interaktiv durch Ausmessen bestätigt werden kann.