Ebbe und Flut - Lehrer-Uni

Leifi-gezeiten
Ph 11
Ebbe und Flut
Umwelt
An fast allen Küsten steigt und fällt der Meeresspiegel zweimal am Tag mit vorhersagbarer
Regelmäßigkeit. Etwas mehr als 6 Stunden lang steigt das Wasser: die Flut kommt. Dann fällt es über
einen ebenso langen Zeitraum wieder ab: die Ebbe tritt ein. Das Zusammenspiel zwischen Ebbe und
Flut nennt man Gezeiten.
Die beiden Bilder zeigen den gleichen Küstenabschnitt, links bei Ebbe rechts bei Flut.
Den Wechsel von einem Niedrigwasser zum nächsten nennt man Tide. Die Dauer einer Tide
beträgt ca. 12 Stunden und 25 Minuten. Deswegen verschiebt sich die Ebbe bzw. die Flut
von Tag zu Tag um 50 Minuten. Diese Zeitverschiebung entspricht der täglichen Verspätung
des aufgehenden Mondes, auch er verschiebt sich am selben Ort von Tag zu Tag um 50
Minuten. Diese Beobachtung legt einen Zusammenhang zwischen den Gezeiten und dem
Umlauf des Mondes um die Erde nahe.
Eine naheliegende Ursache für die Gezeiten wäre die Gravitationskraft des Mondes, welche
die Wassermassen der Weltmeere zum Mond hinzieht. Bei dieser Theorie stößt man jedoch
auf eine Schwierigkeit: Zwischen Mondaufgang und Mondaufgang liegen nicht eine sondern
zwei Tiden. Der Grund für dieses Problem liegt darin, dass wir immer wieder glauben, dass
die Erde der Mittelpunkt des ganzen Geschehens ist.
Tatsächlich jedoch rotiert der
Mond nicht um den Mittelpunkt
der Erde; vielmehr bewegen sich
Erde und Mond um ihren
gemeinsamen
Massenschwerpunkt S. Wegen
der relativ großen Masse der Erde
im Vergleich zum Mond liegt
dieser Schwerpunkt mit einem
Abstand von 0,73 Erdradien zum
Erdmittelpunkt noch im Innern
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bewegen.
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unseres Planeten. Für die
folgenden Überlegungen wird das
Bezugssystem gewählt, in
welchem der gemeinsame
Massenschwerpunkt S ruht.
Die Animation rechts
veranschaulicht die Bewegung
von Erde und Mond in diesem
Bezugssystem.
Zur Erklärung der Gezeitenwirkung werden nun die Bahnkurven verschiedener Punkte der
Erde bei ihrer Bewegung um den Massenschwerpunkt S untersucht. Von der Drehung der
Erde um ihre eigene Achse wird dabei zunächst abgesehen.
Der Mittelpunkt der Erde bewegt sich wie
oben beschrieben auf einem Kreis um diesen
Punkt S. Sein Radius beträgt 0,73 Erdradien.
Im Erdmittelpunkt hält sich die dadurch
hervorgerufene Zentrifugalkraft mit der
Gravitationskraft die Waage.
Wie die Animation links zeigt bewegen sich
die Punkte A, B, C und D und damit auch alle
weiteren Erdpunkte auf Kreisbahnen die den
gleichen Radius besitzen. In all diesen
Punkten wirkt also die gleiche Zentrifugalkraft
wie in M.
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In der Abbildung unten ist die Zentrifugalkraft im Mittelpunkt der Erde und in den Punkten A, B, C und
D mit grüner Farbe eingezeichnet. Im Gegensatz zu der Zentrifugalkraft ist die durch den Mond
verursachte Gravitationskraft (blau) je nach Entfernung zum Mond unterschiedlich groß. Nur im
Ermittelpunkt ist sie gegengleich zur Zentrifugalkraft. Durch Kräfteaddition bekommt man die
Gesamtkräfte (rot) welche für die Gezeitenentstehung verantwortlich sind. Sie verursachen in den
Punkte A und C ein Anheben der Wassermassen (Flut) und in den Punkten B und D ein Absinken
(Ebbe).
Die beiden Flutberge und Ebbezonen wandern mit dem Mond um die Erde herum. Diese dreht sich
außerdem täglich um ihre eigene Achse unter den Flutbergen und Ebbezonen hindurch.
Der Mond läuft in der gleichen Richtung um die Erde, in der sich die Erde um die eigene Achse dreht.
Daher ist der "Mondtag" um 50 Minuten länger als der "Sonnentag". Folglich tritt alle 12 Stunden und
25 Minuten Hochwasser und Niedrigwasser ein.
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