Genaue Erklärung - Lehrer.uni-karlsruhe.de
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Leifi-gezeiten<br />
Ph 11<br />
Umwelt<br />
Ebbe und Flut<br />
An fast allen Küsten steigt und fällt <strong>de</strong>r Meeresspiegel zweimal am Tag mit vorhersagbarer<br />
Regelmäßigkeit. Etwas mehr als 6 Stun<strong>de</strong>n lang steigt das Wasser: die Flut kommt. Dann fällt es über<br />
einen ebenso langen Zeitraum wie<strong>de</strong>r ab: die Ebbe tritt ein. Das Zusammenspiel zwischen Ebbe und<br />
Flut nennt man Gezeiten.<br />
Die bei<strong>de</strong>n Bil<strong>de</strong>r zeigen <strong>de</strong>n gleichen Küstenabschnitt, links bei Ebbe rechts bei Flut.<br />
Den Wechsel von einem Niedrigwasser zum nächsten nennt man Ti<strong>de</strong>. Die Dauer einer Ti<strong>de</strong><br />
beträgt ca. 12 Stun<strong>de</strong>n und 25 Minuten. Deswegen verschiebt sich die Ebbe bzw. die Flut<br />
von Tag zu Tag um 50 Minuten. Diese Zeitverschiebung entspricht <strong>de</strong>r täglichen Verspätung<br />
<strong>de</strong>s aufgehen<strong>de</strong>n Mon<strong>de</strong>s, auch er verschiebt sich am selben Ort von Tag zu Tag um 50<br />
Minuten. Diese Beobachtung legt einen Zusammenhang zwischen <strong>de</strong>n Gezeiten und <strong>de</strong>m<br />
Umlauf <strong>de</strong>s Mon<strong>de</strong>s um die Er<strong>de</strong> nahe.<br />
Eine naheliegen<strong>de</strong> Ursache für die Gezeiten wäre die Gravitationskraft <strong>de</strong>s Mon<strong>de</strong>s, welche<br />
die Wassermassen <strong>de</strong>r Weltmeere zum Mond hinzieht. Bei dieser Theorie stößt man jedoch<br />
auf eine Schwierigkeit: Zwischen Mondaufgang und Mondaufgang liegen nicht eine son<strong>de</strong>rn<br />
zwei Ti<strong>de</strong>n. Der Grund für dieses Problem liegt darin, dass wir immer wie<strong>de</strong>r glauben, dass<br />
die Er<strong>de</strong> <strong>de</strong>r Mittelpunkt <strong>de</strong>s ganzen Geschehens ist.<br />
Tatsächlich jedoch rotiert <strong>de</strong>r<br />
Mond nicht um <strong>de</strong>n Mittelpunkt<br />
<strong>de</strong>r Er<strong>de</strong>; vielmehr bewegen sich<br />
Er<strong>de</strong> und Mond um ihren<br />
gemeinsamen<br />
Massenschwerpunkt S. Wegen<br />
<strong>de</strong>r relativ großen Masse <strong>de</strong>r Er<strong>de</strong><br />
im Vergleich zum Mond liegt<br />
dieser Schwerpunkt mit einem<br />
Abstand von 0,73 Erdradien zum<br />
Erdmittelpunkt noch im Innern<br />
Starten Sie die Animation, in<strong>de</strong>m Sie <strong>de</strong>n Mauszeiger auf das Bild<br />
bewegen.<br />
http://www.physik.<strong>uni</strong>-muenchen.<strong>de</strong>/leifiphysik/web_ph11/umwelt-technik/10gezeiten/gezeiten.htm (1 von 3) [17.02.2005 01:22:14]
Leifi-gezeiten<br />
unseres Planeten. Für die<br />
folgen<strong>de</strong>n Überlegungen wird das<br />
Bezugssystem gewählt, in<br />
welchem <strong>de</strong>r gemeinsame<br />
Massenschwerpunkt S ruht.<br />
Die Animation rechts<br />
veranschaulicht die Bewegung<br />
von Er<strong>de</strong> und Mond in diesem<br />
Bezugssystem.<br />
Zur <strong>Erklärung</strong> <strong>de</strong>r Gezeitenwirkung wer<strong>de</strong>n nun die Bahnkurven verschie<strong>de</strong>ner Punkte <strong>de</strong>r<br />
Er<strong>de</strong> bei ihrer Bewegung um <strong>de</strong>n Massenschwerpunkt S untersucht. Von <strong>de</strong>r Drehung <strong>de</strong>r<br />
Er<strong>de</strong> um ihre eigene Achse wird dabei zunächst abgesehen.<br />
Der Mittelpunkt <strong>de</strong>r Er<strong>de</strong> bewegt sich wie<br />
oben beschrieben auf einem Kreis um diesen<br />
Punkt S. Sein Radius beträgt 0,73 Erdradien.<br />
Im Erdmittelpunkt hält sich die dadurch<br />
hervorgerufene Zentrifugalkraft mit <strong>de</strong>r<br />
Gravitationskraft die Waage.<br />
Wie die Animation links zeigt bewegen sich<br />
die Punkte A, B, C und D und damit auch alle<br />
weiteren Erdpunkte auf Kreisbahnen die <strong>de</strong>n<br />
gleichen Radius besitzen. In all diesen<br />
Punkten wirkt also die gleiche Zentrifugalkraft<br />
wie in M.<br />
Starten Sie die Animation, in<strong>de</strong>m Sie <strong>de</strong>n Mauszeiger auf das Bild<br />
bewegen.<br />
http://www.physik.<strong>uni</strong>-muenchen.<strong>de</strong>/leifiphysik/web_ph11/umwelt-technik/10gezeiten/gezeiten.htm (2 von 3) [17.02.2005 01:22:15]
Leifi-gezeiten<br />
In <strong>de</strong>r Abbildung unten ist die Zentrifugalkraft im Mittelpunkt <strong>de</strong>r Er<strong>de</strong> und in <strong>de</strong>n Punkten A, B, C und<br />
D mit grüner Farbe eingezeichnet. Im Gegensatz zu <strong>de</strong>r Zentrifugalkraft ist die durch <strong>de</strong>n Mond<br />
verursachte Gravitationskraft (blau) je nach Entfernung zum Mond unterschiedlich groß. Nur im<br />
Ermittelpunkt ist sie gegengleich zur Zentrifugalkraft. Durch Kräfteaddition bekommt man die<br />
Gesamtkräfte (rot) welche für die Gezeitenentstehung verantwortlich sind. Sie verursachen in <strong>de</strong>n<br />
Punkte A und C ein Anheben <strong>de</strong>r Wassermassen (Flut) und in <strong>de</strong>n Punkten B und D ein Absinken<br />
(Ebbe).<br />
Die bei<strong>de</strong>n Flutberge und Ebbezonen wan<strong>de</strong>rn mit <strong>de</strong>m Mond um die Er<strong>de</strong> herum. Diese dreht sich<br />
außer<strong>de</strong>m täglich um ihre eigene Achse unter <strong>de</strong>n Flutbergen und Ebbezonen hindurch.<br />
Der Mond läuft in <strong>de</strong>r gleichen Richtung um die Er<strong>de</strong>, in <strong>de</strong>r sich die Er<strong>de</strong> um die eigene Achse dreht.<br />
Daher ist <strong>de</strong>r "Mondtag" um 50 Minuten länger als <strong>de</strong>r "Sonnentag". Folglich tritt alle 12 Stun<strong>de</strong>n und<br />
25 Minuten Hochwasser und Niedrigwasser ein.<br />
Starten Sie die Animation unten, in<strong>de</strong>m Sie <strong>de</strong>n Mauszeiger auf das Bild bewegen.<br />
http://www.physik.<strong>uni</strong>-muenchen.<strong>de</strong>/leifiphysik/web_ph11/umwelt-technik/10gezeiten/gezeiten.htm (3 von 3) [17.02.2005 01:22:15]