EXP:Entstehung der Mondphasen

Mit diesem Experiment soll zunächst die Entstehung der acht Mondphasen und danach die Entstehung von Mond- und Sonnenfinsternis gezeigt werden.

Theoretische Zusammenfassung

Welche physikalische Theorie steckt hinter dem Versuch. Gerne so genau wie möglich und so ausführlich wie nötig.

Didaktischer Rahmen

Fachdidaktische Zielsetzung

Die Phänomene, die so in der Natur beobachtet werden können sollen hier noch einmal gezeigt werden. Anhand der Experimente können die Phänomene dann genauer untersucht werden.

Nötige Vorkenntnisse

Aus dem Themengebiet der Optik müssen die SuS den Sehvorgang beschreiben können und das Lichtstrahlenmodell verstanden haben. Ihnen müssen aus den Stunden davor die Begriffe Schattenraum, Schattenbild, Kernschatten und Halbschatten bekannt sein. Die Konstruktion von Schattenräumen und Schattenbildern mithilfe des Lichtstrahlenmodells muss verstanden worden sein.

Mögliche Schülerschwierigkeiten

• Die größte Schwierigkeit für die Sch¨ulerinnen und Schüler (SuS) wird es hier sein sich die Situation räumlich vorstellen zu können. Dabei kann eine Simulation, Bilder oder ein größeres Demonstrationsexperiment helfen.
• Die einzelnen Mondphasen lassen sich außerdem nur aus der richtigen Perspektive korrekt beobachten. Die SuS sollten deshalb die Möglichkeit besitzen um das Experiment herum zu laufen. Alternativ kann eine Kamera verwendet werden um den richtigen Blickwinkel zeigen zu können.
• Da es im Klassenzimmer nie ganz dunkel sein wird und Licht von anderen Gegenständen gestreut wird, sind die Kanten der Mondphasen auf der Mondkugel nicht scharf zu erkennen. Diese müssen deutlich hervorgehoben werden.

Schülervorstellungen, die hier relevant werden

Eine der hier zentralen Vorstellungen ist die des sog. aktiven Auges. Dabei gehen die Schülerinnen und Sch¨uler davon aus, dass man auch ohne Lichtquelle etwas sehen kann. Sie gehen davon aus, dass nur das Auge alleine für das Sehen verantwortlich ist. Es muss deshalb auf eine korrekte Formulierung des Sehvorgangs und der Beobachtungen geachtet werden .

Die Auswahl des Bildes sollte symbolisch den gesamten Versuch beschreiben und ansprechend sein

Allgemein

Klassenstufe	Klasse 7/8
Kategorie	Optik
Einordnung in den Bildungsplan von BW	Abschnitt 3.2.2 (6)

Versuchsanleitung

Benötigtes Material

• Erdkugelmodell (hier mit einem Durchmesser von 10,67 cm)
• Kleine Kugel als Mond (hier mit einem Durchmesser von 3 cm)
• 2 Experimentierleuchten mit Netzgerät bzw. eine ausgedehnte Lichtquelle
• Schirm
• Stativmaterial

Hinweise:

• Erddurchmesser: 12 742 km. Das entspricht bei einem Durchmesser des Kugelmodels von 10,67 cm einem Maßstab von Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle ∶ 8,374\cdot 10^{-9}} . Damit muss das Mondmodell mit einem Monddurchmesser von 3 474,2 km einen Durchmesser von 2,91 cm haben.
• Um im Verhältnis den korrekten Abstand zwischen Erde und Mond einhalten zu können müssten Erde und Mond hier einen Abstand von 3,22 m von einander haben.
• Die Sonne hätte im Vergleich einen Durchmesser von 11,66 m und einen mittleren Abstand zur Erde von 1,253 km.

Versuchsaufbau

Schritt 1

Für einen homogenen Hintergrund können schwarze Tücher aufgehängt bzw. ausgelegt werden.

Schritt 2

Schraube die erste Stativstange in den Standfuß. Befestige daran mit einer Doppelmuffe die zweite Stativstange, an welcher der Befestigungshaken für den Mond montiert ist.

Schritt 3

Positioniere die Erde neben dem Standfuß.

Schritt 4

Platziere die Sonne in angemessenem Abstand zur Erde (hier: ca. 1 m). Achte darauf, das hinter der Erde ein Kern- und ein Halbschatten erkannbar sind.

Schritt 5

Hänge den Mond an dem Haken auf. Achte darauf, dass er sich in einer Höhe befindet, in welcher er sich zunächst nie im (Kern-)Schatten der Erde befindet.

Schritt 6

Für die Demonstration des Zustandekommens von Mond- und Sonnenfinsternissen, wird der Mond soweit abgesenkt, dass er sich hinter der Erde im Kernschatten befindet, bzw. vor der Erde einen klar erkannbaren Schatten auf diese wirft.

Schritt 7

Um den Kernschatten der Erde sichtbar zu machen, kann ein Schirm hinter der Erde platziert werden.

Versuchsdurchführung

Um die einzelnen Mondpfasen zeigen zu können muss nun nur die Position der Mondkugel verändert werden.

Auswertung

Entstehung der Mondphasen

Der Mond leuchtet nicht von selbst, sondern wird von der Sonne angestrahlt. Dabei trifft das Sonnenlicht nur auf die der Sonne zugewandte Hälfte. Von der Erde aus betrachtet sieht es jedoch so aus, als sei vom Mond im Laufe eines Monats unterschiedlich viel beleuchtet. Diese verschiedenen Mondphasen ergeben sich daraus, dass wir den Mond in dieser Zeit aus unterschiedlichen Richtungen betrachten, weil er um die Erde kreist. In Abb 2 sind die acht beobachteten Mondphasen dargestellt. Die relativen Positionen von Erde und Mond während den jeweiligen Phasen sind in Abb. 3 markiert.

Entstehung von Sonnen- bzw. Mondfinsternis

Während einer Sonnenfinsternis befindet sich der Mond relativ zur Erde gesehen an Position 1 (Neumond). An dieser Stelle besteht die Chance, dass sich der Mond zwischen Sonne und Erde befindet und einen Schatten auf die Erde wirft. Wird die Sonne von der Erde aus betrachtet vollständig vom Mond verdeckt (Kernschatten), nennt man dies eine totale Sonnenfinsternis. Wird dagegen nur ein Teil verdeckt (Halbschatten), bezeichnet man das Ereignis als partielle Sonnenfinsternis. Dies ist in Abb. 4 dargestellt.

Bei einer Mondfinsternis befindet sich der Mond an Position 5 (Vollmond). An dieser Stelle kann er in den Schatten der Erde wandern. Auch hier unterscheidet man zwischen einer totalen und einer partiellen Mondfinsternis. Bei einer totalen Finsternis befindet sich der Mond vollständig im Kernschatten der Erde (vgl. Abb. 5 rechts). Während einer partiellen Mondfinsternis befindet sich dagegen nur ein Teil des Mondes im Kernschatten (vgl. Abb. 5 links).

Fehlerabschätzung

• Ein Abdunkeln des Raumes ermöglicht eine bessere Sichtarkeit von Licht und Schatten.
• Breite der Sonne verringert die Sichtbarkeit von Halb- und Kernschatten, macht bis zu einem gewissen Grad die Sichtbarkeit aber auch erst möglich.
• Schülerinnen und Schüler sollten darauf aufmerksam gemacht werden, dass die Abstände in dem Modell nicht maßstabsgetreu sind.

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Treten beim Experiment häufiger Fehler auf? Bitte beschreibe sie hier.

Sicherheitshinweise

• Verbrennungsgefahr durch die beiden verwendeten Experimentierleuchten. Diese werden nach einiger Zeit extrem heiß.
• Gefahr durch herabfallende Experimentiergegenstände.

Fotos

Am Ende des Dokuments kommt eine Galerie aller Bilder, die zu diesem Experiment unter dem Namensraum "Datei:" bereits vorhanden sind. Im Allgemeinen lohnt es sich häufig auch, bereits bestehende Texte und deren Syntax zu betrachten:
<div class="row"> <div class="large-4 large-centered columns"> <ul class="example-orbit" data-orbit> <li> [[Datei:Bild.png|slide 1]] <div class="orbit-caption"> Bildbeschreibung </div> </li> </ul> </div> </div>

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       Ein Kolibri
  

Literatur

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0