Planungsblatt Physik für die 2. Klasse

Planungsblatt Physik für die 2. Klasse
Datum: 27.05 - 31.05
Stoff
Wichtig !!! Nach dieser Woche verstehst du:
(a) Erdbeben und Wellen
Schulübungen.
(a) Besprechung der HÜ.
(b) Erledigen des Textes über Erdbeben und Wellen. Was ist dann der Unterschied zwischen
longitudinalen und transversalen Wellen?
Hausaufgaben
Zu machen für Dienstag 04.06
Aufgabe 1.
Suche im Internet auf, was ein Tsunami ist, und wie ein Tsunami entsteht.
Alle Unterlagen auch auf
www.mat.univie.ac.at/∼westra/edu.html
1
ERDBEBEN
Fast jede Person weiß, was ein Erdbeben bedeutet; der Boden bewegt sich hin und her und
auf und ab, Gebäude stürzen ein, der Boden zeigt vielleicht sogar Risse, Brücke brechen in
Stücke aus einander und es gibt Verletzte und Tote. Als Physiker fragt man sich, wie diese
Naturgewalt entsteht, was sich da im Boden vortut und wie man dieses Wissen benutzen kann,
mehr Sicherheit während eines Erdbebens zu garantieren.
Die ganze Geschichte fängt mit der folgenden Erkenntnis an: die Erde ist eine Kugel mit einer
heißen Flüssigkeit im Kern und auf dieser Flüßigkeit liegt eine harte Oberfläche, die aus Stein
besteht, die Erdkruste. Diese Flüßigkeit heißt Magma und ist eigentlicher heißes Gestein, aber
dann so heiß, dass dieses Gestein flüßig ist. Die Temperaturen liegen im Bereich 4000 bis 6000
Grad Celsius. Bei diesen Temperaturen ist Stein also flüßig. Hier unten siehst du eine grafische
Darstellung von der Erde, wo du auch siehst, dass man den inneren Teil in Mantel und Kern
aufteilt:
Die Erdkruste ist wie eine Schale um den flüßigen Teil. Nur besteht diese Schale nicht aus einem
Teil; sie besteht aus einigen Teilen, die sehr nah auf einander anschließen. Man kann eigentlich
auch sagen, dass die Schale – die Erdkruste also – Risse hat. Die Teile der Erdkruste, die von
einander getrennt sind, nennt man Platten. Die Erdkruste besteht also aus Platten, die von
einander durch Risse getrennt sind. Von diesen Rissen sieht man auf der Erdoberfläche fast
nichts; Sand und Gestein füllen diese Risse auf, sodass man über so einen Riss gehen kann,
ohne dass man das spürt; die Risse liegen eher deutlich unter der Erdoberfläche. Aber, Vulkane
deuten auf einen Riss hin; ein Vulkan ist sozusagen eine Stelle, wo es ein Loch in der Erdkruste
gibt. Vulkane entstehen vor allem bei diesen Rissen in der Erdkruste. Hier unten siehst du ein
Bild, wo die Platten, die Risse und die Vulkane eingezeichnet sind (die Karte ist auf English –
‘active volcanoes’ sind aktive Vulkane und ‘plate boundary’ sind diese Risse):
Hier siehst du eine Karte mit den Vulkanen rot eingezeichnet – was fällt dir auf?
Jetzt dass wir wissen, dass die Erdkruste aus Teilen besteht, können wir etwas ganz wichtiges
verstehen; die Teile bewegen sich ein wenig! Die Platten treiben wir Eisberge am Nordpol auf
einer Flüßigkeit, also gibt es die Möglichkeit, dass die Platten sich ein wenig bewegen. Die
Vereinigten Staaten und Europa treiben jedes Jahr um einige Centimeter auseinander! Die
Erde ist nicht so fest, wie sie ausschaut!
Wenn die Platten sich bewegen können, gibt es Momente, wo sie einander etwas reiben oder auf
einander stoßen – auf einmal bewegt sich dann so eine Platte mit einem Schock ein Stückchen
in einer Richtung. Diese schockartigen Bewegungen der Erdplatten sind die Erdbeben! Durch
ein Erdbeben kann ein Riss in der Erdkruste auf einmal sichtbar werden; wenn die zwei Platten
sich in unterschiedlichen Richtungen bewegen, bewegt sich die Erdoberfläche ungefähr über dem
Riss etwa auseinander, und so etwas1 könnte im Bild hier unten sichtbar sein:
1 Es
kann auch sein, dass dieser Riss anders entstanden ist, zB durch sogenannte S-Wellen, aber die Quelle
sagt darüber nichts. Auch ist es jetzt noch etwas zu früh, euch S-Wellen zu erklären.
Hier unten siehst du ein Bild, wo die Erdbeben stattfinden (die Farbe sagt etwas über die Tiefe
in der Erde, wo die Platten aneinander geraten sind) – was fällt dir auf?
Ein Erdbeben ist also ein Reiben und Stoßen der Erdplatten. Da diese Bewegungen meistens mit
einem Schock auftreten, pflanzen sich Wellen durch die Erde fort. Sowohl entlang der Oberfläche,
wie auch durch die Mitte. Diese Wellen kann man mit einem Seismografen wahrnehmen. Es gibt
verschiedene Arten von Wellen, die hier wichtig sind. Eine wichtige Aufteilung ist zwischen den
longitudinalen Wellen und den transversalen Wellen.
Eine transversale Welle ist die Wellenart, die man sich am leichtesten vorstellen kann. Wasserwellen sind transversal; die Wasserwellen bewegen sich auf und ab, während sich die Welle
entlang der Oberfläche bewegt. Die Fortpflanzungsrichtung und die Wellenbewegung stehen hier
normal (senkrecht) auf einander. Solche Wellen nennt man transversale Wellen. Bei Erdbeben
gibt es auch transversale Wellen; die Erdoberfläche bewegt sich wie bei Wasserwellen auf und
ab, während die Welle sich entlang der Erdoberfläche fortpflanzt. Aber auch an der Grenze zwischen Erdkruste und Erdinnerem gibt es transversale Wellen (sogar an der Grenzfläche zwischen
Erdmantel und Erdkern). Diese Wellen sorgen bei einem Erdbeben dafür, dass siche Gebäude
auf und ab bewegen.
Longitudinale Wellen kann man sich wie eine Ziehharmonika vorstellen, die Luftmolekülen bewegen sich hin und her in der Richtung, in der sich auch die Welle fortpflanzt. Ein andere
Beispiel ist eine Feder, wo die Windungen sich in derselben Richtung hin und her bewegen als
sich die Welle fortpflanzt. Hier siehst du ein Bild mit sowohl transversalen (a) als auch longitudinalen (b) Wellen (Achtung: wavelength bedeutet die Wellenlänge, also wie lange eine Welle
an sich ist).
Die longitudinalen Wellen von einem Erdbeben müssen also nicht an einer Oberfläche (an einer
Grenze zwischen zwei ungleichen Schichten) stattfinden; sie können also quer durch die Erde
reisen! Stellen wir uns jetzt vor, dass sich auf Hawaii ein Erdbeben vortut. Die longitudinalen
Wellen können die Erde durchqueren und kommen so als erste Wellen zu uns; sie sind dann
zwar sehr geschwächt, aber mit sehr empfindlichen Messgeräten kann man sie wahrnehmen. Die
transversalen Wellen müssen entlang der Erdoberfläche reisen und kommen somit später bei
uns an. Aus dem Zeitunterschied zwischen diesen Wellen kann man herausfinden, wo sich das
Erdbeben vorgetan hat.
Hier unten siehst du noch ein schönes Bild mit zusätzlicher Information (nämlich, dass die
Wellen nicht immer geradeaus gehen):