ie Gezeitenerscheinungen sind eine eigene Wissenschaft für sich, genaugenommen.
Aber hier sehen wir es mal locker. Selbst einer der größten Physiker
- Galilei - vertrat eine falsche Auffassung
über das Zustandekommen der Gezeiten, weil er die Gravitation für
eine 'okkulte' Kraft hielt. Vielleicht war er zu seiner Zeit nicht auf dem
neuesten Stand der Dinge, vielleicht war es Selbstschutz, wer weiß...
Hier eine maßstäbliche Darstellung des Systems Erde-Mond. Die Daten für die Massen und Radien der beteiligten Körper sowie deren Abstand sind angegeben.
Selbst
heutzutage findet man in manchem 'Physikbuch' eine missverständliche,
wenn nicht gar falsche Erklärung dieses Effekts.
Für die meisten Betrachtungen bewegt sich der Mond einfach in 27.3 Tagen
um die Erde (relativ zum Fixsternhimmel). Die Bahnebene ist zwar ca. 5° gegen
die Erdbahnebene geneigt, aber gut. Schon etwas genauer genommen bewegt sich
das System Erde-Mond um seinen gemeinsamen Schwerpunkt S, der
in der obigen Skizze angedeutet ist. Da die Erde eine deutliche größere
Masse aufweist (ca. die 81fache des Mondes), liegt S noch innerhalb des Erdkörpers,
die Erde zieht also nur einen Kreis (in erster Näherung) mit Radius = 3/4
Erdradius um diesen Schwerpunkt. Gerade deshalb aber darf man sie bei der Erklärung
der Gezeiten nicht mehr als 'feststehend' betrachten.
Warum gerade 3/4 RErde? Hier eine 
einfache
Näherungsrechnung.
Bei jeder Rotationsbewegung entstehen aber bekanntlich Fliehkräfte,
jene Trägheitskräfte, die immer radial vom Zentrum weg gerichtet
sind. Zusammen mit der Gravitationskraft, die der Mond (lassen wir mal die
Sonne vorerst beiseite) auf die Erde ausübt, erhält man die Vektoren
der Gezeitenkräfte, wenn man diese Kräfte vektoriell addiert
hat. Wie wär's mit einer Skizze?
Die Skizze ist selbsterklärend. In jedem Punkt der Erdoberfläche bildet man die vektorielle Summe aus Fliehkraft und Gravitationskraft des Mondes. Das Einzige, was hierbei oft missverstanden wird ist die Tatsache, das die Fliehkraft immer gleich groß ist und vom Mond weg gerichtet.
Das hat folgenden Grund: Bei der Rotation um den gemeinsamen Schwerpunkt S dreht sich die Erde nicht mit - im Sinne einer gebundenen Rotation, wie es der Mond tut. Der Mond rotiert um seine eigene Achse mit der selben Winkelgeschwindigkeit wie er um die Erde rotiert, d.h. er zeigt uns immer die selbe Seite. Die Erde tut das aber nicht. Vom Mond aus sieht man im Laufe des Monats immer andere Teile der Erdoberfläche. Natürlich rotiert die Erde auch um ihre eigene Achse (lassen wir das mal beiseite), aber bei der Bewegung des Erde-Mond-Systems um den gemeinsamen Schwerpunkt S rotiert sie wie gesagt nicht.
Ich habe dazu mal ein kleines Flash gemacht, um zu veranschaulichen, was gemeint ist:
Bitte beachten, dass die Drehung der Erde um sich selbst -
also Tag/Nacht - hier nicht gezeigt wird, sie wäre ohnehin
viel zu schnell und würde nur verwirren.
Einfach mit 'PLAY' starten und zuschauen. Im ersten Bild
erfolgt eine Art 'theoretische' Bewegung, die man vielleicht zunächst
erwartet hätte. Punkt A ist ein Punkt an der Oberfläche nahe dem
Systemschwerpunkt S, Punkt B ist analog ein Punkt auf der entfernteren Seite.
In dieser Situation würden die Fliehkräfte bezüglich S in
A und B verschieden groß sein, weil ihre Abstände von S verschieden
sind (einfach während der Bewegung die Bahnen und Kräfte anzeigen
lassen!). Auch die Richtungen wären 'verschieden', je nachdem, welchen
Oberflächenpunkt man betrachtet.
In der Realität sieht es so aus, wie es im 2. Bild (">>" klicken)
zu sehen ist, natürlich sehr vereinfacht. Die Erde bewegt sich um den
Schwerpunkt des Systems - der selbst in Ruhe bleibt - auf einem Radius von
etwa 4675 [km] und rotiert dabei nicht. Alle Punkte auf der Erdoberfläche
führen demnach eine Umlaufbewegung mit dem gleichen Radius
aus und unterliegen damit auch der gleichen Fliehkraft, welche jetzt
bezüglich den Bahnmittelpunkten (der grün hinterlegten Bahnen)
gilt und daher immer von Mond weg gerichtet ist. Einfach wieder
auf Bahnen und Kräfte klicken...
Hier kann man sich das Flash als exe-Datei downloaden (440
kB, unter Win ohne Flash-PlugIn lauffähig). Und hier gibt es
das selbe nochmal als QuickTime™-Filmchen.
Die Fliehkraft errechnet sich ja aus dem Zusammenhang
ist also linear mit dem Abstand r.
Mit der konstanten Fliehkraft und der Anziehungskraft des Mondes erhält man dann die obige Skizze, in der ein paar Punkte ausgewählt wurden, um dann mittels Vektoraddition die resultierenden Kräfte zu bilden, welche rot eigezeichnet sind.
Das die Mondbahnebene gegen die Ekliptik geneigt ist, sowie weitere Effekte wie z.B. der Umlauf der Mondbahn-Knotenlinie sind hier erstmal weg gelassen worden. Diesen resultierenden Kräften zufolge baut sich also auf der mondzu- und abgewandten Seite eine Flutberg auf, und 90° von diesen Pukten entfernt wird Masse nach innen gezogen. Natürlich bewegen diese Kräfte in erster Linie das Wasser (Meere), weil das leichter 'verformbar' ist, es können aber auch Verformungen in der Erdkruste von bis zu ±30 [cm] gemessen werden. In den Meeren kommt es zu Tidenhüben von bis zu 15 [m] , was aber vor allem auf Resonanzen der Strömungen zurückzuführen ist, und nicht allein durch die Gezeitenkräfte zu begründen ist.
Die Wassermassen der Meere reagieren auf die Anziehung quasi mit einer erzwungenen Schwingung und erzeugen damit Ebbe und Flut. Während der 24 Stunden, in denen sich die Erde einmal um sich selbst dreht bewegt sich der Mond ca. um 13° weiter (genaugenommen in Erdnähe etwas schneller, in Erdferne etwas langsamer). Dadurch verschiebt sich von einem Tag zum anderen der Mondaufgang um ca. 51 Minuten. Dementsprechend gibt es innerhalb dieser 24h 51min auch zwei "Hochwasserberge" bzw. "Niedrigwassertäler", die sich um die Erde bewegen, oder besser gesagt dreht sich die Erde unter den Flutbergen 'hindurch'.
Was man natürlich nicht vernachlässigen darf, ist die Anziehungskraft der Sonne. Die Sonne ist zwar 27 Millionen mal schwerer als der Mond, aber auch knapp 400mal so weit entfernt. Da die Gezeitenkräfte aber viel stärker von der Entfernung als von der Masse abhängen, ist die Gravitationswirkung des Mondes mehr als doppelt so stark als die der Sonne.
Warum das so ist, eine kurze Näherungsrechnung sowie Skizzen zu diesem
Thema gibt es hier.
