VORANSICHT. Der Mond und die Erde Phänomene unseres Erdtrabanten erkunden. In vier Stationen zum Mondexperten! Das Wichtigste auf einen Blick VII

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1 Erde und Weltraum Beitrag 5 Der Mond und die Erde (Klassen 5/6) 1 von 28 Der Mond und die Erde Phänomene unseres Erdtrabanten erkunden Nach einer Idee von Thomas Rosenthal, Esslingen Illustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart 20. Juli 1969: Houston, The Eagle has landed! Neil Armstrong, Kommandant der Apollo-11-Mission, betrat als erster Mensch den Mond. Die Mondlandung und das Thema Mond üben auf Jugendliche eine große Faszination aus. Steigen Sie mit einem Mond-Quiz und spannenden Infos zur Mondlandung in diese Einheit ein, in der sich Ihre Schülerinnen und Schüler an verschiedenen Stationen selbstständig mit dem Thema Mond auseinandersetzen. Sie führen Experimente zu Kern- und Halbschatten durch und arbeiten mit Tipp- und Lösungskarten, um die Fragen der einzelnen Stationen zu beantworten. Im abschließenden Spiel des Mondes kann jeder unter Beweis stellen, ob er das Zeug zum Mondexperten hat. Die ersten Schritte auf dem Mond. In vier Stationen zum Mondexperten! Das Wichtigste auf einen Blick Foto: NASA Klassen: 5/6 Dauer: 5 Stunden Kompetenzen: Die Schüler kennendiemondphasenundkönnenderen Entstehung erklären. erklären die Gezeiten anhand der Anziehungskräfte von Mond und Erde. führen Experimente zu Kern- und Halbschatten durch und können die Begriffe unterscheiden und erklären. können Sonnen- und Mondinsternis unterscheiden und erklären. Aus dem Inhalt: WiesonimmtderMondzuundab? Wie heißen die Mondphasen und nach welcherzeitwiederholensiesich? WieentstehenEbbeundFlut? WasunterscheidetKern-undHalbschattenvoneinander? Was ist eine Sonneninsternis und wie unterscheidetsiesichvondermondinsternis? Beteiligte Fächer: Physik Erdkunde Anteil hoch mittel gering

2 2 von 28 Rund um die Reihe Warum wir das Thema behandeln Der Mond übte schon immer eine ungeheure Faszination auf den Menschen aus. Unser Wort Laune ist vom lateinischen Wort luna (= Mond) abgeleitet, da nach Ansicht der mittelalterlichen Astrologen die Stimmung des Menschen stark vom Mondwechsel abhängig sei. Sicherlich kennen einige Ihrer Schüler auch schon die vier Mondphasen. Deren Entstehung hingegen ist für viele nur schwer zu begreifen. Im Fächerverbund Naturwissenschaften könnensiezeitgleichdeneinlussdesmondesaufdieweltmeerebehandelnunddiegezeiten thematisieren. Was Sie zum Thema wissen müssen Der Mond und seine Phasen Der Mond umkreist die Erde auf einer festen Bahn, seiner Umlaufbahn. Objekte auf Umlaufbahnen um Planeten nennt man Trabanten oder Satelliten. Dabei dreht sich der Mond zugleich auch um sich selbst, sodass von der Erde aus immer dieselbe Seite zu sehen ist. Da der Mond nur das Licht der Sonne reflektiert und nicht selbstständig leuchtet, sieht man von dererdeausimmernureinenteilderbeleuchtetenseite.sinddiegestirne:sonne,mondund Erde genau in dieser Reihenfolge angeordnet, so ist bei Nacht der Vollmond am Himmel zu sehen. Innerhalb von etwa vier Wochen umkreist der Mond die Erde und ändert gleichzeitig seine Form vom Vollmond zum abnehmenden Halbmond, zum Neumond, zum zunehmenden Halbmond und zurück zum Vollmond. Diese vier Zustände heißen Mondphasen. Die Gezeiten Mond und Erde kreisen um einen gemeinsamen Schwerpunkt und ziehen sich dabei gegenseitig an. Dieser Schwerpunkt ist nicht der Erdmittelpunkt, sondern ist in Richtung des leichtern Körpers, also zum Mond hin, verschoben. Allein die Anziehungskraft des Mondes erzeugt so zwei Flutberge auf der Erde (genauerindenmedientipps).dererstebeindetsichaufderdem Mond zugewandten, der zweite auf der dem Mond abgewandten Seite. Hinweis Die Flutberge entstehen nicht durch die Eigendrehung der Erde. Diese hat einen Einfluss auf die Fortbewegung der Flutberge, nicht aber auf deren Entstehung. Die Flutberge verursachen im Wattenmeer jeden Tag zwei Ebben und zwei Fluten. Dieses Phänomenwirdals Gezeiten bezeichnet.derunterschiedzwischenhöchst-undtiefstandder Meere wird durch den Tidenhub angegeben. An der Nordsee beträgt dieser zwischen 2 m und 3m.IndenmeistenanderenMeerenfallendieGezeitenwesentlichkleineraus.DasWasser sucht sich hier einen Weg durch engere Passagen und kann nicht so schnell hinein und hinaus fließen, wie es bei der Nordsee der Fall ist. An Küsten im Mittelmeer oder an der Ostsee beträgt der Tidenhub daher nur etwa 10 cm 30 cm. Schattenraum, Halb- und Kernschatten Körper, die das sichtbare Licht absorbieren oder reflektieren, werfen hinter sich einen Schatten.ZwischenSchattenundObjektbeindetsichderSchattenraum. Wird ein Objekt von mehreren Lichtquellen beleuchtet, können verschieden dunkle Schatten entstehen. Dort, wo kein Licht in den Schatten fällt, spricht man vom Kernschattenraum. Wird ein Schattenraum hingegen noch von einer oder mehreren Lichtquellen durchdrungen, so bezeichnet man ihn als Halbschattenraum. Bei mehr als zwei Lichtquellen können so unterschiedlich dunkle Halbschatten entstehen. Leuchtet eine Lichtquelle um das Objekt herum, können auch Schattenbilder ohne Kernschatten entstehen. Bei ausgedehnten Lichtquellen entsteht ein fließender Übergang von Kern- und Halbschatten. Dies ist zum Beispiel bei einer Leuchtstoffröhre zu beobachten, die zum Rand hin ein dunkleres Licht wirft, als in der Mitte. Je weiter Entfernt das Objekt von der Lichtquelle ist, desto verschwommener erscheint der Schatten.

3 Erde und Weltraum Beitrag 5 Der Mond und die Erde (Klassen 5/6) 3 von 28 Sonnen- und Mondfinsternis Eine Finsternis entsteht, wenn der Schatten eines Himmelskörpers auf die Oberfläche eines anderen fällt. In unserem Sonnensystem stellt die Sonne eine ausgedehnte Lichtquelle im Bezug zur Erde dar, da sie im Verhältnis zur Erde sehr groß ist und gleichzeitig sehr weit entfernt. Ihr Schatten teilt sich somit in Halb- und Kernschattenauf.BeieinerSonnen-oderMondinsternis stehen Sonne, Mond und Erde genau in einer Linie hintereinander. Wird die Sonne von der Erde aus gesehen durch den Mond ganz oder teilweise verdeckt, so spricht man von einer (partiellen) Sonnenfinsternis. Diese kann nur bei Neumond geschehen, da hier der Mond die Sonne verdecken kann. Bei Vollmond steht die Erde zwischen Sonne und Mond. Bewegt sich der Mond durch den Schatten der Erde, so wird er nicht mehr von der Sonne angestrahlt und der Mond verdunkelt sich. Dieses Phänomen bezeichnet man als (partielle) Mondfinsternis. Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung Voraussetzungen der Lerngruppe Inhaltlich wird kein Vorwissen benötigt, da alle physikalischen und geograischen Inhalte neu vermittelt werden. Methodisch sollten die Lernenden in Kleingruppen von drei bis vier Schülern selbstständig arbeiten können. Auch der sorgsame Umgang mit den Materialien der Physiksammlung ist nötig, um die Schülerversuche durchzuführen. Aufbau der Reihe Die Einheit beginnt mit einem Quiz (M 1), in dem die Schüler ihr Vorwissen zum Mond aktivieren. Je nach Wissensstand werden sie anschließend als Mondneuling, Mondentdecker oder Mondkenner ausgezeichnet. Die Folie (M 2) thematisiert die erste Mondlandung 1969 und schafft so einen Übergang zur Erarbeitungsphase. Mit dem Laufzettel (M 3) reflektieren die Schüler die Stationen und beobachten über einen Monat hinweg am Abend die Mondphasen. Im Unterricht arbeiten die Lernenden an vier Stationen (M 4 M 10), wobei innerhalb der Klasse je nach Niveau der Schüler differenziert gearbeitet wird. Die Stationen können von leistungsstärkeren Schülergruppen in beliebiger Reihenfolge bearbeitet werden. Leistungsschwächere sollten die Stationen in der vorgegebenen Reihenfolge abarbeiten. An Station 1 (M 4) und Station 2 (M 5) lernen die Schüler die Mondphasen kennen und stellen sie in einem Versuch selbstständig mit Taschenlampe und Ball nach. Station 3 (M 6-M 7) behandelt den Einfluss des Mondes auf die Erde und thematisiert die Entstehung der Gezeiten. Station 4 (M 8 M 10) führt Kern- und Halbschatten ein und illustriert beide am Beispiel des Phänomens der Finsternis. Den Abschluss der Einheit bildet die Lernerfolgskontrolle (M 11) in Form eines Spiels. Hier werden alle Inhalte der Lerneinheit noch einmal aufgegriffen und so vertieft. Tipps zur Differenzierung Bei eher leistungsschwachen Lerngruppen können Sie den Lernenden die Lösungstabelle zu M 3 als Tippkarten zum Einsortieren in die Tabelle geben. Auch ist es möglich, die Schülerversuche in M 4 und M 8 als Demonstrationsexperiment vorzuführen. Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler Die Schüler... führenexperimentenachanweisungdurch,stellenbeobachtungenaufundnotierensowie reflektieren ihre Beobachtungen. könnendiemondphasennennenundihreentstehungerklären. könnendenmondalsursachefürdiegezeitennennenundebbe,flutundtidenhubin eigenen Worten erklären. könnenkern-undhalbschattenineinfachenversuchenbenennenundunterscheiden. könnenmond-undsonneninsternismitkern-undhalbschattenerklären.

4 4 von 28 Ihr Unterrichtsassistent Formeln, Fakten, Fachbegriffe Fachbegriffe Finsternis: Eine Finsternis entsteht, wenn der Schatten eines Himmelskörpers auf die Oberfläche eines anderen fällt. Gezeiten: Sie sind der Sammelbegriff für das sinkende und steigende Wasser der Weltmeere.BesondersandenKüstenzeigensichdieGezeiteninFormvonEbbeundFlut. Mondfinsternis:NurbeiVollmondkanneineMondinsternisentstehen.Sonne,Erdeund MondmüssendabeiindieserReihenfolgeeineLiniebilden.EineMondinsternisistnur bei Nacht zu beobachten. Auf der gegenüberliegenden Erdseite, auf der zu dieser Zeit Tag ist,kanndiemondinsternisentsprechendnichtbeobachtetwerden. Sonnenfinsternis:NurbeiNeumondkanneineSonneninsternisentstehen.Sonne,Mond und Erde müssen dabei in dieser Reihenfolge eine Linie bilden. Nur die Beobachter im KernschattendesMondeskönneneinetotaleSonneninsternisbeobachten,diejenigenim HalbschattenseheneinepartielleSonneninsternis.AlleanderensehenkeineFinsternis. Trabant: AlleHimmelskörper,diesichauffestenUmlaufbahnenumPlanetenbeinden, nennt man Trabanten oder auch Satelliten. Unser Mond ist demnach ein Trabant der Erde. Die Entstehung der Gezeiten Erde und Mond umkreisen sich und üben dadurch gegenseitig Kräfte aufeinander aus. Der gemeinsame Mittelpunkt, den die Körper Umkreisen, ist der Schwerpunkt S. Er ist in Richtung des Mondes verschoben und beindetsichnichtimmittelpunktm der Erde. Ebbe 1. Flutberg 2. Flutberg Ebbe Durch die Anziehungskraft von Mond und Erde entstehen die hier eingezeichneten, summierten Teilkräfte Aufsicht von Erde und Mond, mit eingezeichneten addierten TeilkräftenanderErde.(GrößenundAbständesindnichtmaßstabsgetreu.) (Pfeile), die auf unsere Erde einwirken (s. Medientipps). Es entsteht ein erster Flutberg auf der dem Mond zugewandten und ein zweiter Flutberg auf der mondabgewandten Seite der Erde. Dazwischen liegt je eine Ebbe. Kern- und Halbschatten Jede Lichtquelle wirft ihren eigenen Schatten. Die Schatten überlagern sich dabei, z. B. auf einem Schirm. Zwischen Objekt und Schirm liegt der Schattenraum. In den Kernschatten fällt kein Licht, auch nicht von den sich weiter außen beindenden Lichtquellen. Die Halbschatten werden teilweise vom Licht einer oder auch mehrerer Lichtquellen (aber nicht aller) durchdrungen. Man nummeriert sie vom Kernschatten nach außen durch. Je ausgedehnter eine Lichtquelle ist, desto verschwommener wird der Übergang von Halb- zu Kernschatten. Versuchsaufbau 2. Halbschatten Kernschatten 1. Halbschatten Schirm Aufsicht Schirm mit Schattenwurf Lampensymbol Schattenraum Strahlengang

5 6 von 28 Die Reihe im Überblick V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit Fo = Folie LEK = Lernerfolgskontrolle LK = Lösungskarte SP = Spiel = Zusatzmaterial auf CD Stunde 1: Unser Mond stellt sich vor so steigen Sie in das Thema ein Material M 1 (Ab) M 2 (Fo) Thema und Materialbedarf Der Mond und die Erde kennst du dich aus? Apollo-11-Mission Erkundung der Mondoberfläche Stunden 2 4: Die Eigenschaften des Mondes entdecken ein Stationenlernen Material Thema und Materialbedarf M 3 (Ab) M 4 (Ab) D: 15 min M 5 (SV) V: 10 min D: 20 min M 6 (Ab) D: 5 min V: 20 min Auf dem Weg zum Mondexperten mein Laufzettel Station 1: Wie entstehen die Mondphasen? Station 2: Wieso nimmt der Mond zu und ab? Finde es heraus! ein heller Ball (z. B. Volleyball) eine Lichtquelle (z. B. Schreibtischlampe) ein abgedunkelter Raum Station 3: Der Mond hat Kraft! Die Gezeiten M 7 (Ab) Textausschnitte für Station 3 M 8 (Ab) V: 10 min D: 25 min M 9 (SV) M 10 (LK) Station 4: Mond- und Sonnenfinsternis drei Teelichter oder Taschenlampen einbeliebigerkleinergegenstand(z.b.radiergummi,stift,anspitzer) ein weißer Schirm (aus der Physiksammlung) Versuchsanweisungen zu Kern- und Halbschatten Lösungskarten zu Kern- und Halbschatten Stunde 5: Lernerfolgskontrolle Material M 11 (LEK/ Sp) V: 15 min D: 20 min Thema und Materialbedarf Vom Mondneuling zum Mondexperten Spiel des Mondes fürjedenspielereinespieligur 20 Aktionskarten ein Mond-Marker (z. B. 1 ct Münze) 20 Wissenskarten ein Würfel ein Spielfeld Minimalplan DieZeitistknapp?Für eine Doppelstunde zum Mond beginnen Sie mit M 2 und wecken mit der Folie das Interesse der Schüler. Führen Sie den Versuch M 5 als Demonstrationsexperiment durch. Danach bearbeiten die Schüler M 4. Optional können Sie mit M 6 und M 7 die GezeitenvertiefenodermitM8 M10dasThema Finsternis behandeln.

6 Erde und Weltraum Beitrag 5 Der Mond und die Erde (Klassen 5/6) 7 von 28 Der Mond und die Erde kennst du dich aus? Der Mond ist ein ständiger Begleiter unserer Erde. Finde hier heraus, ob du das Zeug zum Mondexperten hast! Aufgabe Entscheide dich immer für eine Antwort und kreuze sie an. Für jede richtige Antwort erhältst du einen Punkt. Bild: Thinkstock/iStockphotoM 1 Frage 1: Der Mond ist... ein beleuchteter Körper; er wird von der Sonne beleuchtet. wie die Sonne ein selbstleuchtender Körper. Frage 3: Der Mond hat... wie die Erde eine Atmosphäre, die überwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. keine Atmosphäre und keine Wasservorkommen. Frage 2: Bei Neumond betrachtet man, von der Erde aus gesehen,... die Seite des Mondes, die von der Sonne beschienen wird. Der Mond ist für uns sichtbar. die Seite des Mondes, die von der Sonne nicht beschienen wird. Der Mond ist daher nicht sichtbar. Frage 4: Der Mond ist verantwortlich für EbbeundFlut(=dieGezeiten). die Schwerkraft auf der Erde. Frage 5: Der Mond bewegt sich... Frage 6: Der Mond ist ungefähr... um sich selbst bzw. seine eigene Achse. auf einer Bahn um die Erde. um sich selbst und auf einer Bahn um die Erde. Beide Bewegungen sind gekoppelt. halb so groß wie die Erde. 20-mal kleiner als die Erde. 40-mal kleiner als die Erde. Auswertung: Dein Ergebnis: /6 Punkten Mondneuling 0 2 Punkte Du kennst dich noch recht wenig mit dem Thema Mond aus. Jetzt nur nicht aufgeben! In den folgenden Stunden kannst du noch viele interessante Dinge über den Mond erfahren. Mondentdecker 3 4 Punkte Gut! Du weißt schon einiges über den Mond. Aber es gibt noch viel mehr zu entdecken! Mit ein bisschen Fleiß wirst du sicherlich bald zum Mondexperten. Mondkenner 5 6 Punkte Super! Du kennst bereits einige Eigenschaften des Mondes ganz gut. Vielleicht steckt in dir der geborene Astronaut. Mit diesem Vorwissen wirst du bald zum Mondexperten aufsteigen.

7 8 von 28 M 2 Apollo-11-Mission Erkundung der Mondoberfläche 1 Apollo-11-Mission: Am 20. Juli 1969 betraten die ersten Menschen den Mond (von links nach rechts: Neil A. Armstrong, Michael Collins und Edwin E. Aldrin Jr.). 3 Der Mond, durch ein Teleskop betrachtet 3 NASA/ Jet Propulsion Laboratory; übrige Bilder: NASA 2 Aldrin verlässt die Raumfähre Eagle. 4 Nahaufnahme der Mondkrater

8 12 von 28 M 5 Station 2: Wieso nimmt der Mond zu und ab? Finde es heraus! Der Mond am Himmel sieht nicht immer gleich aus. Wir sehen seine Form jede Nacht etwas verändert. Mal ist er voll und mal nur als Sichel zu sehen. Hier erfahrt ihr, warum das so ist. Das benötigt ihr einen hellen Ball eine Lichtquelle (z. B. Schreibtischlampe) Modellexperiment Führt den Versuch nacheinander durch: Aufsicht zum Experiment 1. Nimm den Ball und halte ihn mit ausgestrecktem Arm nach oben. 2. Stelle die Lampe so auf, dass sie mit dem Ball auf gleicher Höhe ist (wie im Bild). 3. Verdunkelt das Zimmer. 4. Drehe dich langsam gegen den Uhrzeigersinn mit dem Ball um dich selbst. 5. Beobachte den Ball genau. Wie verändert sichdiebeleuchtungdesballs? 6. GibdenBallweiter. Aufgaben 1. Schneidet die Bilder unten aus und klebt jedes Bild an die richtige Stelle in der Aufsicht. 2. Ordnet gemeinsam den einzelnen Mondphasen die folgenden Bezeichnungen zu: Vollmond, Halbmond, Neumond, zunehmender Mond und abnehmender Mond.

9 14 von 28 M 7 Textausschnitte für Station 3 Was sind Gezeiten? Der Erdtrabant Der Mond umkreist die Erde auf einer festen Bahn: seiner Umlaufbahn. Objekte auf festen Umlaufbahnen um Planeten nennt man Trabanten. Die Erde zieht den Mond an, daher verlässt er die Umlaufbahn nicht. Aber auch der Mond zieht die Erde an! Das siehst du am deutlichsten an Ebbe und Flut. Im Wattenmeer der Nordsee bei Ebbe Besonders an der Nordsee kommt und geht das Wasser. Im sogenannten Wattenmeer gibt es jeden Tag zweimal Niedrigwasser (Ebbe) und zweimal Hochwasser (Flut). Sie heißengezeiten. Der Tidenhub gibt den Unterschied zwischen Höchst- und Tiefstand des Wassers an. Ursache für die Gezeiten ist der Mond! Den Gezeiten auf der Spur Erde und Mond umkreisen sich. Dabei üben sie gegenseitig Kräfte aufeinander aus. Durch die Anziehungskraft von Mond und Erde entstehet ein 1. Flutberg auf der dem Mond zugewandten und ein 2. Flutberg auf der mondabgewandten Seite der Erde. Dazwischen liegt je eine Ebbe. Gibt es in jedem Meer Ebbe und Flut? Die Antwort dazu lautet: ja. Doch fallen die Gezeiten in vielen Meeren wesentlich kleiner aus. Das Wasser muss bei diesen Meeren durch enge Passagen und kann nicht schnell hin und her fließen. Es kommt an Küsten im Mittelmeer oder an der Ostsee oft nur zu einem Tidenhub von 10 cm 30 cm. An der Nordsee sind es dagegen zwischen 2 m 3 m. Foto und Zeitungsausschnitte: Thinkstock/iStockphoto