Mondflucht ja, aber warum?

Luzifix

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@SpiderPig; @Lina-Inverse

Wenn man eine quadratische Funktion an einer Kreishälfte spiegelt, das konnte ich schon aus emotionalen Gründen nur als nichtlinear bezeichnen. ;) :rolleyes:

Danke Euch beiden für Euer lehrreiches Engagement hier mit mir.
 

Krokodildandy

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Lieber SpiderPig,
Jeder Mond, sogar, wenn er senkrecht zur Ekliptik umläuft, muß sich von seinem Planeten entfernen. Und zwar exponentiell mit der Zeit.

Hallo Luzifix & Co

Vorerst zum o.a. Zitat: Alle Monde, Planeten, Doppelsysteme, usw. verlieren durch Gravitationsreibung kinetische und in der Folge potentielle Energie, weshalb sie früher oder später kollidieren - nur unser geliebter Mond soll sich nicht an dieses Naturgesetz halten. Da wir das Messergebnis einer Mondflucht, rund 3,5 cm p.a. akzeptieren müssen, wollen wir den wahren Grund dafür herausfinden. Die lächerlichen Gezeiten könnten nur mm/a ausmachen; da brauchen wir erst gar nicht nachzurechnen - hat auch noch niemand gemacht.

Eure Überlegungen finde ich hoch interessant. Für mich aber war klar, dass ein Herabziehen der Mondbahn- auf die Erdbahnebene viel Energie verlange, welche dann auch eine positive,zeitlich beschränkte,Tangentialbeschleunigung des Mondes bewirken sollte.

Um sicher zu gehen, dass man einen Kreisel beschleunigen kann, indem man seine Achse (kippt) verdreht, habe ich mir einen sogenannten Power-Ball schicken lassen - ich hatte recht.
 

Luzifix

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Hallo Luzifix & Co

Die lächerlichen Gezeiten könnten nur mm/a ausmachen; da brauchen wir erst gar nicht nachzurechnen - hat auch noch niemand gemacht.

Das ist eine Methode, die nur selten zu besseren Einsichten führt.

(Laut Wikipedia werden übrigens die Gezeiten auf der Erde zu 30% von der Sonne verursacht. Ich erwähne das hier nur, falls Du vorhast, doch noch ernsthaft darüber nachzudenken.)
 

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Hallo Luzifix & Co

Vorerst zum o.a. Zitat: Alle Monde, Planeten, Doppelsysteme, usw. verlieren durch Gravitationsreibung kinetische und in der Folge potentielle Energie, weshalb sie früher oder später kollidieren - nur unser geliebter Mond soll sich nicht an dieses Naturgesetz halten. Da wir das Messergebnis einer Mondflucht, rund 3,5 cm p.a. akzeptieren müssen, wollen wir den wahren Grund dafür herausfinden. Die lächerlichen Gezeiten könnten nur mm/a ausmachen; da brauchen wir erst gar nicht nachzurechnen - hat auch noch niemand gemacht.

Eure Überlegungen finde ich hoch interessant. Für mich aber war klar, dass ein Herabziehen der Mondbahn- auf die Erdbahnebene viel Energie verlange, welche dann auch eine positive,zeitlich beschränkte,Tangentialbeschleunigung des Mondes bewirken sollte.

Um sicher zu gehen, dass man einen Kreisel beschleunigen kann, indem man seine Achse (kippt) verdreht, habe ich mir einen sogenannten Power-Ball schicken lassen - ich hatte recht.

Ihr Posting macht auf mich den Eindruck, Sie haben kein wirkliches Interesse an einer Antwort auf Ihre Eingangsfrage, sondern wollen hier eine alternative Theorie postulieren bzw. eine allgemein akzeptierte Theorie in Frage stellen.

Sie sollten mich besser unmittelbar davon überzeugen, dass ich mich irre.

S. D.
 

Aragorn

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Vorerst zum o.a. Zitat: Alle Monde, Planeten, Doppelsysteme, usw. verlieren durch Gravitationsreibung ....
Was ist Gravitationsreibung?

kinetische und in der Folge potentielle Energie,
Willst du uns Perpetuums verkaufen?

Die lächerlichen Gezeiten könnten nur mm/a ausmachen; da brauchen wir erst gar nicht nachzurechnen

Wieso sollen die Gezeiten nicht in Frage kommen? (-> eine ganz grobe Überschlagsrechnung, die zeigt in welcher Größenordnung die Zusatzkräfte auf den Mond sind, welche durch den Massentransport infolge der irdischen Gezeiten auftreten, genügt mir)

- hat auch noch niemand gemacht.
Du solltest nicht von dir selbst auf andere schliessen.

Gruß Helmut
 
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mac

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Hallo Helmut,

ich hab' das gerade mal ganz grob überschlagen und lande bei der richtigen Größenordnung (knapp 1E19 J/Jahr). Da aber heute Chortag ist, bleibt mir nicht mehr genug Zeit um es nochmal zu prüfen. Näheres wahrscheinlich Morgen.

Herzliche Grüße

MAC
 
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Aragorn

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Hallo MAC,

du bist viel zu großherzig.

Krokodildandy hat lautstark getönt
Die lächerlichen Gezeiten könnten nur mm/a ausmachen; da brauchen wir erst gar nicht nachzurechnen

Jetzt soll er zeigen, warum die "lächerlichen Gezeiten" keinen ausreichenden Drehimpuls auf den Mond übertragen können.
Das du den Energieübertrag berechnen kannst, glaube ich dir auch ohne das du deine Rechnung einstellst!
Also laß dich jetzt bitte nicht vor den Karren vom Kroko spannen ;)

Gruß Helmut
 

mac

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Hallo Helmut, hallo Josef,

das hat eigentlich nichts mit Großherzigkeit zu tun und das Zerlegen seiner Auffassung sehe ich auch nicht als ein 'Vor den Karren spannen'. :)

Ich hab‘ mir schon öfter Gedanken darüber gemacht wie man das Erde-Mondproblem angehen könnte, bin aber immer an der Frage hängen geblieben, wie ich den Drehimpuls der Erde in den Griff kriegen kann.

Hier allerdings geht es ja nur um die Teilfrage ob die Verteilung der Flutberge dazu überhaupt in der Lage wäre die 4 cm pro Jahr zu realisieren. Das ist im Gegensatz zur Abbremsung der Erde und zur Frage wie der zeitliche Verlauf ausgesehen haben könnte, nur eine einfache Geometrie-Aufgabe.

Ich gebe zu, daß Josef’s Auffassung, rein aus dem Bauch heraus, und nur für sich genommen, also auch ignorieren von Schulwissen, für mich nicht auf anhieb entscheidbar gewesen wäre. Im Gegensatz zu Josef hätte ich dann aber selbst versucht es nachzurechnen, bevor ich andere zu Deppen stemple oder wenn ich das nicht kann, was ja auch nicht ehrenrührig wäre, hätte ich den Mund nicht so voll genommen und nachgefragt wie man das denn rechnen könnte.

Nicht um Josef bloß zu stellen, sondern um hier eine klare und auch für Laien nachvollziehbare Antwort zu geben, ob die Erde den Mond ‚anheben‘ kann, habe ich das zunächst mal für mich selbst gerechnet und halte es für richtig diese (sehr einfache) Rechnung hier einzustellen, um sie Eurer Kritik zugänglich zu machen. Schließlich mache ich auch Fehler und nicht zu knapp.




Bei Wiki findet man unter
http://de.wikipedia.org/wiki/Gezeitenbremse#Weitere_Effekte_der_Gezeitenkr.C3.A4fte
folgende Aussage:
Wiki schrieb:
Die Verformung der Erdoberfläche erfolgt mit einer Verzögerung von etwa zwei Stunden, aber immerhin mit einer Vertikalbewegung von 20 bis 30 (im Äquatorbereich sogar 50) Zentimetern.
ich nehme diese Angabe als Grundlage, da die Flutberge in den Ozeanen wesentlich kompliziertere Ursachen (Reflektion an den Kontinentalgrenzen, Resonanzen ...) haben. Auch ist hier eine klarere Angabe zum zeitlichen Vorlauf durch Viskosität und Erddrehung gemacht, eben die genannten 2 Stunden.

Man kann nun meiner Meinung nach das Problem vereinfachen, indem man die beiden Flutberge (als Masse) isoliert von der Erde betrachtet, so als würden nur sie als Masse existieren, die den Mond abbremst und beschleunigt.

Da sie um 2 Stunden zur Verbindungslinie Erdmittelpunkt-Mondmittelpunkt versetzt sind, das entspricht einer Erddrehung um 30°, haben wir eine ziemlich gute Positionsangabe für sie. Der Sinus von 30° ist 0,5 und der Cosinus 0,866.
Nehmt ein Blatt Papier, malt Euch unten einen Kreis der die Erde darstellen soll und oben einen Kreis der den Mond darstellt. Den Erdmittelpunkt bezeichnet mit A und den Mondmittelpunkt mit D
In den Erdkreis zeichnet Ihr ein rechtwinkliges Dreieck. Die Ankathete zum 30°Winkel beginnt im Erdmittelpunkt (A) und zeigt in Richtung Mond. Die Hypotenuse zeichnet Ihr, auch beginnend beim Erdmittelpunkt (A) mit einem Winkel von 30° zur Ankathete bis hin zur Erdoberfläche. Den Durchtrittspunkt dieser Hypotenuse durch die Erdoberfläche bezeichnet mit C. Von diesem Durchtrittspunkt (C) der Hypotenuse fällt Ihr das Lot auf die Ankathete. Diese Gegenkathete schneidet die Ankathete im Inneren der Erde, das ist der Punkt B. Die Ankathete (Strecke AB) ist 0,866 * Erdradius und die Gegenkathete (Strecke BC) ist 0,5 * Erdradius lang. (cos und sin des 30°Winkels)

Am Durchtritt der Hypotenuse (Punkt C) liegt der Mond-zugewandte Flutberg und genau auf der anderen Seite der Erde liegt der Mondabgewandte Flutberg, das soll Punkt E sein. (sie eilen durch die Erddrehung um 2 Stunden = 30° vor, oder wenn man es als mitbewegter Erdbewohner betrachtet, kommt man 2 Stunden nachdem man an der Verbindungslinie Erde Mond vorbei kommt, beim Flutberg an)



Die Masse der Flutberge:

Flut dauert gut 6 Stunden, das ist grob ¼ Erdumfang oder 10000km. Ich habe mit 5000km Länge bei einer Höhe von 0,4m gerechnet und in Nord-Südrichtung ebenfalls mit 5000 km Länge. Das erschien mir für eine Überschlagsrechnung ausreichend genau.

5E6m * 5E6m *0,4m = 1E13m^3
Das spezifische Gewicht der Erdkruste habe ich mit 2500kg/m^3 angenommen. Somit haben wir eine Masse pro Flutberg von 2,5E16kg

Zeichnet nun von dem Durchtritt der Hypotenuse durch die Erdoberfläche (C) eine Verbindungslinie zum Mondmittelpunkt (D). Sie bildet einen sehr spitzen Winkel zur Verbindungslinie Erdmittelpunkt-Mond (Strecke AD).
Da der Winkel so klein ist, können wir die Kräfte einfach nach dem Streckenverhältnis der Gegenkathete dieses spitzen Winkels (Strecke CB), das ist genau auch die oben ermittelte Gegenkathete und der Verbindungslinie (Strecke BD) Mondmittelpunkt bis Erdmittelpunkt – 0,866 * Erdradius errechnen.

Den Abstand Erde-Mond (Strecke AD) nehme ich mit 3,8E8m an, die Strecke CB mit 3,2E6 m (halber Erdradius(6,4E6m abgerundet)) und die Strecke BD mit 3,8E8m - 0,866 * 6,4E6m

Auf der anderen Erdseite entspricht der Punkt C dem Punkt E und die entsprechende Streckenlänge CB würde dort von E aus senkrecht auf die verlängerte Verbindungslinie AD im Punkt F treffen. Die Strecke DF ist dann AD + AF = 3,8E8m + 0,866*6,4E6m lang.


Die Vektrorkomponenten die parallel zur Strecke CB bzw. EF am Mond zerren, errechnen sich mit der oben erwähnten Vereinfachung wie folgt.

Die den Mond beschleunigende Komponente
Beschleunigung = Gravitationskonstante * Masse des Flutberges * (StreckeCB / StreckeBD) / StreckeBD^2
= 6,67E-11m^3 kg^-1 s^-2 * 2,5E16kg * (3,2E6m/(3,8E8m – 0,866 * 6,4E6m)) / (3,8E8m-0,866 * 6,4E6m)^2 = 1,02E-13 m/s^2

Abbremsung = Gravitationskonstante * Masse des Flutberges * (StreckeCB / StreckeDF) / StreckeDF^2
= 6,67E-11m^3 kg^-1 s^-2 * 2,5E16kg * (3,2E6m/(3,8E8m + 0,866 * 6,4E6m)) / (3,8E8m+0,866 * 6,4E6m)^2 = 9,27E-14 m/s^2

Die daraus resultierende Beschleunigung beträgt 9,4E-15 m/s^2

Rechnet man das auf ein Jahr, dann ergäbe das einen Geschwindigkeitsanstieg des Mondes von 2,97E-7 m/s, den der natürlich in eine Abstandsvergrößerung umsetzt.

Wie rechnet man das jetzt um?

Eine Bahnanhebung kostet Energie.

Energie = Gravitationskonstante * MasseMond * MasseErde * (1/Abstand vorher – 1/Abstand nachher)

= 6,67E-11m^3 kg^-1 s^-2 * 5,349E22kg * 5,974E24kg / (1/3,8E8m – 1/(3,8E8m+0,04m) = 8,11E18 J

Die Mondumlaufgeschwindigkeit beträgt 1023 m/s, das entspricht einer kinetischen Energie von

Ekin = 0,5 * Masse des Mondes * Umlaufgeschwindigkeit^2

Wir wollen aber die Differenz zwischen der alten und der neuen Geschwindigkeit wissen um zu sehen ob diese Differenz an kinetischer Energie ausreicht für die Hubarbeit.


= [0,5 * 5,349E22kg / (1023m/s + 2,97E-7m/s)^2] - [0,5 * 5,349E22 kg * (1023m/s)^2] = 2,23E19 J

Also wir brauchen 8E18 J und haben mit der Überschlagsrechnung 2E19 J. Mehr als genug für einige vielleicht zu optimistische Annahmen, für weitere Gezeitenbremsung der Erdrotation und was weiß ich noch alles. Geht man tiefer in die Details wird es wie meistens ganz schnell ganz unübersichtlich.

Herzliche Grüße

MAC



........................ooo
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..................o..............o
.................o.......x.D.....o MOND Das x ist der Mondmittelpunkt mit D beschriftet
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..................o.............o
........................ooo






























.........................oooo
..................o................o
...........C.x............x.B........o
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.........o.................x.A............o ERDE
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............o............F.x........x E
...............o..................o
......................ooooo


Für die, noch dazu schiefen Ostereier bitte ich um Nachsicht, aber die Formatierung in diesem Texteditor ist mehr als nur eine Zumutung! Die Punkte D, B, A und F liegen auf einer senkrechten Linie. Die Strecken FE und CB sind parallel zueinander und stehen beide senkrecht zur Linie AD. Der 30°-Winkel wird gebildet durch die Strecken AC und AB


EDIT-Konfusion bei den Kathetenbezeichnungen korrigiert später noch die Einheiten in die Gleichungen geschrieben.
An einer Stelle hatte ich den Erde-Mondabstand mit 3E8m notiert, das habe ich korrigkiert (gerechnet habe ich immer mit 3,8E8 m. Versuch einer Graphik angehängt, um die Punkte weniger mißinterpretierbar zu demonstrieren.
 
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SpiderPig

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Hallo MAC,

ich danke dir für die sehr überzeugende Überschlagsrechnung.
...um hier eine klare und auch für Laien nachvollziehbare Antwort zu geben, ob die Erde den Mond ‚anheben‘ kann, habe ich das zunächst mal für mich selbst gerechnet und halte es für richtig diese (sehr einfache) Rechnung hier einzustellen, ... .......
... Also wir brauchen 8E18 J und haben mit der Überschlagsrechnung 2E19 J. Mehr als genug für einige vielleicht zu optimistische Annahmen, für weitere Gezeitenbremsung der Erdrotation und was weiß ich noch alles. ....
Ich habe selber geahnt, dass da viel Potential drin steckt.

Ich werde mir über das WE die Arbeit machen, deine Rechnung vollständig nach zu vollziehen. Ich glaube aber nicht dass ich darin Fehler finden werde, :) sondern werde das machen, um mein durch gerostete Mathefähigkeiten mal zu polieren. Das Beispiel wird wohl einfach genug sein..


SpiderPig
 

Aragorn

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Hallo MAC,

auch von mir ein Dankeschön an deine ausführliche Rechnung. Ich finde es erstaunlich wie oft grobe "Pi mal Daumen" Abschätzung bereits Ergebnisse liefern, die so gut zur Realität passen.

MAC schrieb:
Man kann nun meiner Meinung nach das Problem vereinfachen, indem man die beiden Flutberge (als Masse) isoliert von der Erde betrachtet, so als würden nur sie als Masse existieren, die den Mond abbremst und beschleunigt.

Genau dies habe ich auch gedacht. Es geht ja schließlich nur um Differenzen. Insofern kann man alle anderen Massen unberücksichtigt lassen und nur die Masse betrachten, die durch die Gezeiten verlagert werden (der Flutberg läuft dem Mond voraus). Warum der Flutberg sich so verhält ist für die Rechnung erst mal unerheblich.

Die ganzen Werte (2 Stunden Vorlauf, Tidenhub, Erd- und Mondmasse, ...) müsste ich auch erst recherchieren. Und wenn Krokodildandy hochnäsig behauptet, dann empfinde ich es als selbstverständlich, daß es seine Aufgabe ist, den Nachweis seiner Behauptungen zu erbringen.

MAC schrieb:
Den Abstand Erde-Mond (Strecke AD) nehme ich mit 3,8E8m an, die Strecke CB mit 3,2E6 m (halber Erdradius(6,4E6m abgerundet)) und die Strecke BD mit 3,8E8m - 0,866 * 6,4E6m
Ok, die Strecke CB = r*SIN(2h/24h*360°)=0,5*r und B liegt (1-0,866)*r unter der Erdoberfläche.
Nach deiner Beschreibung sollte es inetwa so aussehen:

http://img204.imageshack.us/i/erdemond.gif/

PS: MAC, ein gewisser Dandy darf sich eine dicke Scheibe von deinem Engagement abschneiden!

PS: Wie ich sehe hast du inzwischen selbst eine Skizze angefügt.

Gruß Helmut
 
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Aragorn

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Nun zu meiner Frage, die Aragorn schon angesprochen hat:

Warum verhält sich der Flutberg so: um 30° zur Achse Erde-Mond verschoben? Ich habe da gerade keine Idee.
Hallo SpiderPig,

Florian Freistetter bespricht die Gezeiten ausführlich in den scienceblogs.de:

http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2008/05/der-mond-die-gezeiten.php

Darin werden auch die versetzten Flutberge angesprochen:

Aber das war jetzt alles?

Nein, eigentlich immer noch nicht ;) Es gibt noch einen weiteren sehr wichtigen Effekt. Die Erde dreht sich! Und die Gezeitenkräfte wirken natürlich nicht nur auf das Wasser der Ozeane sondern auch auf die "feste" Oberfläche der Erde; das Wasser reagiert aber natürlich sehr viel schneller! Direkt unter dem Mond und auf der gegenüberliegenden Seite der Erde befinden sich also - wie oben beschrieben - zwei Flutberge aus Wasser. Diese Flutberge folgen im Prinzip der Bewegung des Mondes. Würde die Erde sich nicht drehen, dann würden sich die Flutberge während eines Mondumlaufs (also etwa einmal im Monat) einmal um die Erde bewegen (wenn es keine Kontinente gäbe, die das Wasser aufhalten, natürlich ;) ). Die Erde dreht sich aber - und das Wasser der Flutberge wird durch die Reibung quasi "mitgerissen". Der Flutberg unter dem Mond befindet sich also genaugenommen ein bisschen "vor" dem Mond; der Flutberg auf der gegenüberlegenden Seite der Erde ein bisschen "hinter" dem Mond. Nun passiert folgendes: die Wasserberge haben natürlich auch eine Masse. Und die Masse die in dem Flutberg auf der dem Mond zugewandten Seite konzentriert ist, übt natürlich auch auch eine - wenn auch nur sehr kleine - Anziehungskraft auf dem Mond aus. Da sie dem Mond vorausläuft, zieht sie ein klein wenig am Mond und beschleunigt dadurch seine Bewegung. Wenn ein Objekt nun eine schnellere Umlaufgeschwindigkeit bekommt, dann bekommt es auch einen höheren Orbit (drittes Keplersches Gesetz). Der Mond entfernt sich also von Erde! Zwar nur sehr langsam, aber er tut es! Das kann man sogar sehr genau messen - jedes Jahr bewegt sich der Mond um etwa 4 Zentimeter von der Erde weg.

Gruß Helmut
 

mac

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ich sehe keinen Fehler in dem Zitat. :confused:
Was meinst du?
da geht es Dir so wie es mir gestern gegangen ist.

Ich hatte versehentlich 3E8 m Mond-Erde Distanz geschrieben und es heute Morgen auf die verwendeten 3,8E8 m korrigiert. Du hast aber noch die alte und falsche Passage zitiert.

Herzliche Grüße

MAC
 

Aragorn

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da geht es Dir so wie es mir gestern gegangen ist.

Ich hatte versehentlich 3E8 m Mond-Erde Distanz geschrieben und es heute Morgen auf die verwendeten 3,8E8 m korrigiert. Du hast aber noch die alte und falsche Passage zitiert.

Herzliche Grüße

MAC
Ok, jetzt habe ich es gesehen und korrigiert. Wenn du nix gesagt hättest wäre das keinem aufgefallen. ;)

Gruß Helmut
 

SpiderPig

Gesperrt
Danke MAC,
danke Aragorn,

ich hab meinen Denkknoten dank eurer Links entwirren können.


SpiderPig
 
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mac

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Hallo

Korrektur eines Schreibfehlers

Energie = Gravitationskonstante * MasseMond * MasseErde * (1/Abstand vorher – 1/Abstand nachher)

= 6,67E-11m^3 kg^-1 s^-2 * 5,349E22kg * 5,974E24kg / (1/3,8E8m – 1/(3,8E8m+0,04m) = 8,11E18 J
hier habe ich eine falsche Zahl für die Mondmasse geschrieben. Die richtige Masse ist 7,349E22kg

In meinem Rechenblatt habe ich allerdings mit der richtigen Masse gerechnet, so daß sich an den Ergebnissen nichts ändert.

Herzliche Grüße

MAC
 
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