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Erdrotation: Tag, Nacht und Geschwindigkeit
Die Erdrotation ist die Drehung der Erde um ihre eigene Achse. Sie verläuft von Westen nach Osten und sorgt zusammen mit der Beleuchtung durch die Sonne dafür, dass an einem Ort regelmäßig Tag und Nacht wechseln. Eine solche Drehung dauert im Alltag ungefähr 24 Stunden.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie dreht sich die Erde?
Die Erde dreht sich um eine gedachte Linie durch Nord- und Südpol. Diese Linie heißt Erdachse. Du kannst sie dir wie einen Stab durch einen Globus vorstellen.
Erdrotation
Erdrotation bezeichnet die Drehung der Erde um ihre eigene Achse. Die Erde dreht sich von Westen nach Osten. Vom Nordpol aus betrachtet geschieht das gegen den Uhrzeigersinn.
Weil sich die Erde nach Osten dreht, scheinen Sonne, Mond und Sterne am Himmel in die entgegengesetzte Richtung zu wandern: Sie gehen scheinbar im Osten auf und im Westen unter.
Du spürst die schnelle Drehung normalerweise nicht. Du, der Boden, die Gebäude und die Atmosphäre bewegen sich gemeinsam mit der Erde. Außerdem verläuft die Rotation weitgehend gleichmäßig. Deutlich wahrnehmen würdest du vor allem eine plötzliche Änderung der Bewegung, ähnlich wie beim Anfahren oder Bremsen eines Zuges.
Die tägliche Bewegung der Sonne über den Himmel ist eine scheinbare Bewegung. Vor allem die Rotation der Erde lässt sie entstehen.
Wie entstehen Tag und Nacht?
Die Sonne beleuchtet immer ungefähr eine Hälfte der Erde. Dort ist Tag. Die andere Hälfte liegt im Schatten; dort ist Nacht. Durch die Erdrotation gelangt ein Ort abwechselnd auf die beleuchtete und auf die unbeleuchtete Seite.
Stell dir einen Ort auf der Erde vor:
- Der Ort dreht sich zur Sonne hin und gelangt in den beleuchteten Bereich: Die Sonne geht auf.
- Er befindet sich auf der sonnenzugewandten Seite: Es ist Tag.
- Durch die weitere Rotation dreht er sich von der Sonne weg: Die Sonne geht unter.
- Der Ort liegt auf der unbeleuchteten Seite: Es ist Nacht.
Die Erde dreht sich weiter, und der Ablauf beginnt erneut.
Probiere es mit einem Modell aus
Du brauchst eine Taschenlampe und einen Ball. Die Taschenlampe stellt die Sonne dar, der Ball die Erde.
- Stelle die eingeschaltete Taschenlampe mindestens 30 Zentimeter vom Ball entfernt auf.
- Markiere auf dem Ball einen Ort, zum Beispiel mit einem kleinen ablösbaren Klebezettel.
- Drehe den Ball langsam von Westen nach Osten.
- Beobachte, wann der markierte Ort beleuchtet ist und wann er im Schatten liegt.
Auswertung: Der Lichtkegel beleuchtet eine Ballhälfte. Durch das Drehen wandert die Markierung abwechselnd durch Licht und Schatten. Das Modell erklärt den Wechsel von Tag und Nacht.
Wie lange dauert eine Drehung?
Im Alltag verwenden wir den Sonnentag. Er dauert ungefähr 24 Stunden und wird beispielsweise von einem Sonnenhöchststand bis zum nächsten gemessen.
Relativ zu weit entfernten Sternen benötigt die Erde für eine vollständige Drehung nur ungefähr 23 Stunden und 56 Minuten. Diese Zeit heißt Sterntag.
Der Unterschied entsteht, weil die Erde nicht nur rotiert, sondern gleichzeitig die Sonne umläuft. Nach einer vollständigen Drehung gegenüber den Sternen muss sie sich noch ein kleines Stück weiterdrehen, bis die Sonne wieder dieselbe scheinbare Stellung am Himmel erreicht.
24 Stunden sind eine passende Näherung für den Alltag und für einfache Rechnungen. Der Sterntag von ungefähr 23 Stunden und 56 Minuten beschreibt die Drehung relativ zu den Sternen.
Erdrotation und Erdrevolution darfst du nicht verwechseln:
| Bewegung | Bedeutung | Ungefähre Dauer | Unmittelbarer Zusammenhang |
|---|---|---|---|
| Erdrotation | Drehung um die eigene Achse | 24 Stunden | Tag und Nacht |
| Erdrevolution | Umlauf um die Sonne | 365,25 Tage | zusammen mit der Neigung der Erdachse wichtig für die Jahreszeiten |
Wie schnell bewegt sich ein Ort auf der Erde?
Alle Orte vollenden ungefähr in derselben Zeit eine Umdrehung. Sie legen dabei aber unterschiedlich lange Wege zurück.
Am Äquator ist der Umlaufkreis am größten. Sein Umfang beträgt ungefähr 40.075 Kilometer. Mit dem Zusammenhang Geschwindigkeit = Strecke geteilt durch Zeit ergibt sich:
$$v = \frac{s}{t}$$
Für einen Punkt am Äquator verwenden wir einen Weg von 40.075 Kilometern und eine Zeit von 24 Stunden:
$$v = \frac{40.075\ \mathrm{km}}{24\ \mathrm{h}} \approx 1.670\ \mathrm{km/h}$$
Der Punkt bewegt sich also mit ungefähr 1.670 Kilometern pro Stunde um die Erdachse. Das Ergebnis ist eine Näherung, weil hier mit dem 24-stündigen Sonnentag gerechnet wird.
Mit zunehmender geografischer Breite werden die Umlaufkreise kleiner. Ein Ort in Mitteleuropa legt deshalb pro Drehung eine kürzere Strecke zurück als ein Ort am Äquator. An den Polen ist die lineare Geschwindigkeit nahezu null: Ein Polpunkt dreht sich auf der Stelle um die Erdachse.
Die Winkelbewegung ist überall gleich: ungefähr eine Umdrehung pro Tag. Die lineare Geschwindigkeit hängt dagegen von der Länge des Umlaufkreises ab und ist am Äquator am größten.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Für die Geschwindigkeit teilst du . Ist ein vereinfachter Umlaufkreis 24.000 Kilometer lang und die Umlaufzeit 24 Stunden, beträgt die Geschwindigkeit . Bei einem 12.000 Kilometer langen Umlaufkreis und derselben Umlaufzeit sind es . Weil die Umlaufkreise zu den Polen hin kleiner werden, nimmt die lineare Geschwindigkeit dort .
Welche Folgen hat die Erdrotation?
Neben Tag und Nacht hat die Erdrotation weitere Wirkungen.
Bewegte Luft und bewegtes Wasser werden abgelenkt
In einem Bezugssystem, das sich mit der Erde dreht, erscheinen bewegte Luft- und Wassermassen seitlich abgelenkt. Diese scheinbare Ablenkung heißt Corioliseffekt.
- Auf der Nordhalbkugel erfolgt die Ablenkung nach rechts zur Bewegungsrichtung.
- Auf der Südhalbkugel erfolgt sie nach links zur Bewegungsrichtung.
Der Corioliseffekt beeinflusst großräumige Winde, Meeresströmungen und die Drehrichtung vieler Tiefdruckgebiete. Er setzt die Luft oder das Wasser nicht selbst in Bewegung, sondern verändert die Richtung einer bereits vorhandenen Bewegung.
Die Erde ist keine perfekte Kugel
Die Rotation bewirkt eine nach außen gerichtete Wirkung, die am Äquator am stärksten ist. Dadurch besitzt die Erde einen leichten Äquatorwulst und ist an den Polen etwas abgeplattet.
Am Äquator wirkt die Drehbewegung der Erdanziehung außerdem geringfügig entgegen. Deshalb ist das gemessene Gewicht eines Körpers dort etwas kleiner als an den Polen. Der Unterschied ist messbar, im Alltag aber kaum spürbar.
Die Rotation verändert sich langsam
Die Rotationsdauer ist nicht vollkommen unveränderlich. Besonders die Gezeitenreibung durch die Anziehung zwischen Erde und Mond verlangsamt die Rotation langfristig geringfügig. Auch Änderungen der Masseverteilung auf der Erde können kleine Schwankungen verursachen. Für grundlegende Erklärungen bleibt die Angabe von ungefähr 24 Stunden dennoch sinnvoll.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Erdrotation
- Drehung von Westen nach Osten
- Tag und Nacht durch wechselnde Beleuchtung
- Sonnentag von ungefähr 24 Stunden
- größte lineare Geschwindigkeit am Äquator
- Coriolisablenkung von Luft und Wasser
- Äquatorwulst und leichte Polabplattung
Abschluss-Check
Wenn du die Erdrotation erklären kannst, verbindest du drei Gedanken: Die Erde dreht sich von Westen nach Osten, ihre Beleuchtung erzeugt zusammen mit dieser Drehung Tag und Nacht, und gleich lange Drehzeiten bedeuten wegen unterschiedlich großer Umlaufkreise nicht überall dieselbe lineare Geschwindigkeit.