HA Physikdidaktik: Warum sehen wir immer die gleiche Seite des Mondes? PDF

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HA Physikdidaktik: Warum sehen wir immer die gleiche Seite des Mondes?...

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Warum sehen wir immer nur eine Seite des Mondes? Der Mond wandert um die Erde und dreht sich dabei um sich selbst. Diese beiden Bewegungen haben die gleiche Winkelgeschwindigkeit: Während eines Monats läuft der Mond einmal um die Erde und dreht sich währenddessen genau einmal um die eigene Achse. Aus diesem Grund wendet er der Erde immer dieselbe Seite zu. Man nennt das gebundene Rotation. Ursache hierfür sind die Gezeitenkräfte. Generell werden Gezeitenkräfte durch räumliche Unterschiede der Gravitationskraft hervorgerufen. Die Stärke der Kraft, mit der die Erde den Mond an jedem einzelnen Punkt anzieht, hängt von der Entfernung zwischen der Erde und diesem Punkt ab. Die Gravitationskraft nimmt mit dem Abstand quadratisch ab. Das bedeutet, dass auf der Seite des Mondes, die sich der Erde zuwendet, die Gravitationskraft etwas größer ist als im Mondmittelpunkt. Auf der entgegengesetzten Seite des Mondes verhält es sich dagegen genau anders herum: Dort ist die Anziehung der Erde etwas geringer als im Mittelpunkt. Die Differenzen in der Gravitationskraft an den verschiedenen Punkten ergeben die Gezeitenkräfte, durch die sich der gesamte Mond verformt. Es entstehen zwei Aufwölbungen – eine auf der erdzugewandten Seite und eine auf der Rückseite. Man geht davon aus, dass der Mond kurz nach seiner Entstehung vor ca. 4,5 Milliarden Jahren viel schneller um die eigene Achse rotiert ist als heute. Seine Eigendrehung war damals schneller als seine Bewegung um die Erde, sodass die beiden Auswölbungen ständig um den Mondkörper herumwanderten. Diese permanente Verformung verursacht Reibung, die die Rotationsbewegung des Mondes abbremst. Dies geschah solange, bis die Eigenrotation des Mondes dieselbe Winkelgeschwindigkeit besaß wie die Drehung des Mondes um die Erde. Dann wendet der Mond der Erde stets dieselbe Seite zu, sodass die Auswölbungen stets an derselben Stelle bleiben und es nicht zu einer permanenten Verformung des Mondes kommt. Reibungskräfte verschwinden und der Zustand ist stabil. Man bezeichnet diesen als gebundene Rotation. Auch auf der Erde wirken Gezeitenkräfte aufgrund der Anziehungskraft des Mondes. Dadurch wird auch die Erdrotation abgebremst. Die Erde reagiert durch den Größenunterschied allerdings viel träger auf die Gezeitenkräfte als der Mond. Die Dauer eines Tages verlängert sich pro Jahr etwa um 15 Millionstel Sekunden aufgrund dieses Effekts. Quellen https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/gebundene-rotation-des-mondes/, aufgerufen am 01.02.2021 https://www.leifiphysik.de/astronomie/planetensystem/ausblick/berechnung-der-gezeitenkraefte aufgerufen am 02.02.2021

Gezeitenkräfte

Die Abbildung zeigt die Anziehungskräfte der Erde an der Oberfläche und im Inneren des Mondes. Die Bewegung von Erde und Mond um den gemeinsamen Schwerpunkt führt zu einer Zentrifugalkraft. Diese ist an jedem beliebigen Punkt des Mondes gleich groß. Die Gravitationskraft dagegen nimmt mit zunehmenden Abstand ab und ist an unterschiedlichen Punkten unterschiedlich groß. Die daraus resultierenden Kräfte sind die Gezeitenkräfte. Sie verformen den Mond, sodass zwei Aufwölbungen entstehen – eine auf der erdzugewandten Seite und eine auf der Rückseite....