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Folgen der Gravitationskraft. Die gegenseitige Beeinflussung von Mond und Erde

Hausarbeit 2018 11 Seiten

Physik - Sonstiges

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Gravitationskraft
2.1 Newtonsche Gravitationsgesetz
2.2 Größe der Gravitationskraft zwischen Mond und Erde

3. Bewegung des Doppelsystems um einen gemeinsamen Schwerpunkt

4. Auswirkungen des Mondes auf die Erde
4.1 Entstehung der Gezeiten
4.2 Auswirkungen auf die Rotationsgeschwindigkeit der Erde und den Abstand von Erde und Mond

5. Fazit

6. Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Der Mond ist für uns auf der Erde ein sehr wichtiger Himmelskörper und sogar überlebenswichtig für uns Menschen. Er hat größere Kräfte und Auswirkung auf die Erde, als sich die meisten Menschen wahrscheinlich vorstellen können. Der Mond verursacht unter anderem durch seine Gravitationskraft auf der Erde Ebbe und Flut und hat Einfluss auf die Rotation der Erde.

Da die Wirkung der Gravitationskraft für den Mond und die Erde so groß ist und die gegenseitige Beeinflussung dieser beiden Himmelskörper ein so wichtiges Thema ist, beschäftige ich mich in dieser Hausarbeit genauer damit. Am Anfang werde ich näher auf die Gravitationskraft allgemein eingehen und erläutern, wie sie berechnet werden kann und wie das Gesetz von Newton dazu lautet. Anschließend werde ich mich mit der Bewegung von Erde und Mond um den gemeinsamen Schwerpunkt beschäftigen und mich zum Schluss genauer auf die Auswirkungen beziehen. Dabei werde ich mir die Rotationsgeschwindigkeit der Erde vornehmen, außerdem den Abstand vom Mond zur Erde und die Entstehung von Ebbe und Flut bei Land- und Wassermassen beschreiben.

2. Gravitationskraft

2.1 Newtonsche Gravitationsgesetz

Sowohl alle Planeten als auch der Mond haben ihre bestimmte Bahn, in der sie immer wieder um die Sonne beziehungsweise ihren Planeten kreisen. Damit dies überhaupt durchgängig so funktionieren kann, muss es eine Kraft geben, die diese Körper auf ihren ganz bestimmten Bahnen lenkt. Schon Newton vermutete, dass diese Kraft etwas mit der Anziehung der Massen untereinander zu tun hat. Schlussfolgernd muss diese Kraft auf alle Körper mit einer Masse gleichartig wirken. Auf der Erde ruft diese Kraft dabei ein Gefühl von Schwere hervor und ist somit die Schwerkraft, welche allgemein als Gravitationskraft bezeichnet wird (gravis, lat.: schwer)1. Diese lässt sich auch mit einem einfachen Experiment einer Drehwaage berechnen. „Die erste derartige Messung hat 1798 Henry Cavendish durchgeführt.“2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Huber, S. 108)

Bei diesem Versuch werden zwei kleine Bleikugeln mit der Masse m1 an einem horizontalen Stab befestigt und dieser an einen dünnen, beweglichen Draht gehängt. Nun werden zwei große Bleikugeln der Masse m2 an die kleinen Kugeln herangeführt. Da sich die kleinen Kugeln auf die Großen zubewegen, verdrillt der Draht etwas. Führt man genauere Messungen durch, zum Beispiel an Hand eines Lichtzeigers, lässt sich bestimmen, „daß diese Massenanziehungskraft F proportional zur Masse m1 und zur Masse m2 ist. Außerdem ist F umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes r der Mittelpunkte der beiden kugelförmigen Massen.“3 Daher lautet das Newtonsche Gravitationsgesetz: , wobei G der Proportionalitätsfaktor ist und als Gravitationskonstante bezeichnet wird. Der Wert der Gravitationskonstanten G beträgt . Je größer die Massen sind und je kleiner der Abstand ist, desto größer ist die Gravitationskraft.

2.2 Größe der Gravitationskraft zwischen Mond und Erde

Mithilfe des Newtonschen Gravitationsgesetzes kann man nun die Stärke der Gravitation zwischen dem Mond und der Erde berechnen. Die Masse m der Erde beträgt gerundet circa und die des Mondes . Der mittlere Abstand r zwischen Mond und Erde beträgt 384.400 Kilometer, also sind es 384.400.000 Meter, welche wir für unsere Rechnung benötigen. Nun brauchen wir nur noch die Gravitationskonstante G, wie oben angegeben, und müssen die ganzen Werte in die oben genannte Formel eingeben, so ergibt sich:

Also beträgt die Gravitationskraft zwischen dem Mond und der Erde Newton. Diese Kraft ist so stark, dass sie die Bewegung des Mondes beeinflusst und er stets immer in der gleichen Bahn um die Erde kreist. Außerdem ist die Gravitationskraft ein wichtiger Faktor für die Entstehung von Ebbe und Flut.

3. Bewegung des Doppelsystems um einen gemeinsamen Schwerpunkt

Die Erde und der Mond sind ein Doppelsystem und haben daher auch einen gemeinsamen Schwerpunkt. Dieser Schwerpunkt dient als Drehpunkt im System. Der Drehpunkt zwischen zwei Körpern liegt in der Mitte der beiden Körper, wenn ihre Massen gleich groß sind. Sobald aber eine Masse größer ist als die andere, verlagert sich der Schwerpunkt, beziehungsweise der Drehpunkt, näher zu dem Körper, welcher die größere Masse besitzt. Da die Masse der Erde viel größer ist als die des kleineren Mondes, befindet sich auch der Drehpunkt näher an der Erde4. Genauer gesagt, liegt er sogar im Inneren der Erde, zwar nicht genau im Erdmittelpunkt, „aber immer noch innerhalb der Erde: Er liegt rund 1.700 Kilometer unter der Erdoberfläche, rund 4.700 Kilometer vom Erdmittelpunkt entfernt“5. Um diesen Punkt kreist sowohl der Mond als auch die Erde und ist daher ihr gemeinsamer Schwerpunkt, um den das System einmal im Monat rotiert. Also kreist gar nicht der Mond einfach nur um die Erde, sondern die Beiden bewegen sich gemeinsam um einen Punkt, auch wenn der Radius des Kreises für den Mond deutlich größer ist. In diesem Doppelsystem beeinflusst der Mond die Erde aber noch weiter, denn die Masse des Mondes verändert die Umlaufbahn der Erde um die Sonne leicht. Zudem „stabilisiert der Mond die Lage der Erdachse“6, wodurch dieses Wechselspiel von Mond und Erde auch für die Erde sehr bedeutende Auswirkungen hat.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Westrom)

4. Auswirkungen des Mondes auf die Erde

4.1 Entstehung der Gezeiten

Durch die Gravitationskraft des Mondes wird das Wasser auf der Erde angezogen und der Meeresspiegel an den Küsten steigt und fällt regelmäßig. So entstehen die Gezeiten. Dieser Wechsel zwischen Ebbe und Flut findet immer in einem Zeitfenster von durchschnittlich sechs Stunden und zwölf Minuten statt, so kann man jeden Tag zweimal sowohl Flut als auch Ebbe beobachten. Es entsteht immer auf den beiden gegenüberliegenden Seiten Flut, beziehungsweise Ebbe. Da der Mond das Wasser aber immer nur auf einer der beiden Seiten anziehen kann, muss noch eine weitere Kraft im Spiel sein. Für den anderen Flutberg ist daher die Zentripetalkraft zuständig. Dadurch, dass Erde und Mond ein Doppelsystem mit einem gemeinsamen Schwerpunkt bilden und sich nahezu kreisförmig um diesen Punkt bewegen, wirkt die Zentripetalkraft, welche genauso groß ist wie die Gravitationskraft im Erdmittelpunkt. Als Scheinkraft und Gegenkraft zur Zentripetalkraft wirkt also die Zentrifugalkraft auf das Wasser der Erde. Die Kraft, die auf das Wasser wirkt, ist auf der Mond zugewandten Seite aber etwas größer, da die Gravitationskraft auf die Stellen, die näher zum Mond liegen, stärker wirkt. Eine Gezeitenwirkung erscheint jedoch nicht allein am Wasser, sie ist auch auf dem Land, also sogar auf der gesamten Erdkruste, zu erkennen7.

Und nicht nur die Kraft des Mondes beeinflusst die Gezeiten, auch die Sonne spielt hierbei eine Rolle. Die Kraft der Sonne, welche auf die Gezeitenbildung der Erde wirkt, beträgt nur rund 40% der Kraft des Mondes, kann die Mondwirkung aber trotzdem weiter verstärken oder ihr entgegenwirken. Besonders stark ist die Flut daher, wenn die Sonne und der Mond in einer Linie liegen, also bei Neumond oder Vollmond. Durch diese Lage addieren sich die beiden Wirkungen und man spricht von einer Springflut8.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: http://www.jensen-ferien.de/images/ebbe-und-flut-springzeit-springflut-springtiede.png)

[...]


1 Vgl. Huber, Eckhard: Physik. Bewegung und Energie, 1985, S. 108

2 Huber, S. 108

3 Huber, S. 108

4 Vgl. Bayer, Reinhard; Bredthauer, Wilhelm; Bruns, Klaus Gerd; Klar, Gunter; Lichtfeld, Michael; Schmidt, Martin; Wessels, Peter: Impulse Physik 2, 1995, S. 63

5 Westrom, Heike: Ein Trabant der Erde – Das Doppelsystem Erde & Mond. Online unter http://www.br-online.de/wissen-bildung/spacenight/sterngucker/mond/doppelsystem.html [Letzter Zugriff: 19.05.2018, 17:15 Uhr]

6 Westrom

7 Vgl. Bayer, S. 63

8 Vgl. Bayer, S. 63

Details

Seiten
11
Jahr
2018
ISBN (eBook)
9783668950474
ISBN (Buch)
9783668950481
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v469992
Note
1,0
Schlagworte
folgen gravitationskraft beeinflussung mond erde

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Titel: Folgen der Gravitationskraft. Die gegenseitige Beeinflussung von Mond und Erde