Der Mond fällt nicht auf die Erde, weil er sich in einer Umlaufbahn befindet.

Eines der schwierigsten Dinge, die man über Physik lernen kann, ist das Konzept der Kraft. Nur weil es eine Kraft auf etwas gibt, heißt das nicht, dass es sich in Richtung der Kraft bewegt. Stattdessen beeinflusst die Kraft die Bewegung etwas stärker in Richtung der Kraft als zuvor.

Wenn Sie beispielsweise eine Bowlingkugel gerade eine Bahn hinunter rollen, laufen Sie daneben und Wenn Sie es in Richtung der Rinne treten, üben Sie eine Kraft auf die Rinne aus, aber der Ball geht nicht direkt in die Rinne. Stattdessen geht es weiter die Gasse entlang, nimmt aber auch ein wenig diagonale Bewegung auf.

Stellen Sie sich vor, Sie stehen am Rand einer 100 m hohen Klippe. Wenn Sie einen Stein fallen lassen, fällt er gerade nach unten, da er zunächst keine Geschwindigkeit hatte. Die einzige Geschwindigkeit, die er aufnimmt, ist die Abwärtskraft von der Abwärtskraft.

Wenn Sie den Stein horizontal herauswerfen, fällt er immer noch, bewegt sich dabei aber horizontal weiter und fällt schräg ab. (Der Winkel ist nicht konstant - die Form ist eine Kurve, die als Parabel bezeichnet wird, aber das ist hier relativ unwichtig.) Die Kraft ist gerade nach unten, aber diese Kraft hindert den Stein nicht daran, sich horizontal zu bewegen.

Wenn Sie den Stein härter werfen, geht er weiter und fällt in einem flacheren Winkel. Die Kraft, die durch die Schwerkraft auf sie ausgeübt wird, ist dieselbe, aber die ursprüngliche Geschwindigkeit war viel größer und daher ist die Durchbiegung geringer.

Stellen Sie sich nun vor, Sie werfen den Stein so hart, dass er sich einen Kilometer horizontal bewegt, bevor er auf den Boden trifft. Wenn Sie das tun, passiert etwas etwas Neues. Der Stein fällt immer noch, aber er muss mehr als 100 m fallen, bevor er auf den Boden trifft. Der Grund ist, dass die Erde gekrümmt ist, und als der Stein diesen Kilometer zurücklegte, krümmte sich die Erde tatsächlich darunter. In einem Kilometer stellt sich heraus, dass sich die Erde um etwa 10 Zentimeter weg krümmt - ein kleiner Unterschied, aber ein echter.

Wenn Sie den Stein noch härter werfen, wird die Krümmung der Erde darunter bedeutender. Wenn Sie den Felsen 10 Kilometer weit werfen könnten, würde sich die Erde jetzt um 10 Meter weg krümmen, und für 100 Kilometer würde sich die Erde um einen ganzen Kilometer weg krümmen. Jetzt muss der Stein im Vergleich zu der 100 m hohen Klippe, von der er gefallen ist, sehr weit nach unten fallen.

Sehen Sie sich die folgende Zeichnung an. Es wurde von Isaac Newton gemacht, der als erster die Umlaufbahnen verstand. IMHO ist es eines der größten Diagramme, die jemals erstellt wurden.

Es zeigt, dass sich die Erde unter dem Boden weg krümmen würde, wenn Sie den Stein hart genug werfen könnten Rock so sehr, dass der Rock eigentlich nie näher an den Boden kommt. Es geht den ganzen Weg im Kreis herum und könnte dich am Hinterkopf treffen!

Dies ist eine Umlaufbahn. Es ist das, was Satelliten und der Mond tun. Wir können es hier in der Nähe der Erdoberfläche aufgrund des Windwiderstands nicht wirklich tun, aber auf der Oberfläche des Mondes, wo es keine Atmosphäre gibt, könnte man tatsächlich eine sehr niedrige Umlaufbahn haben.

Dies ist der Mechanismus, mit dem Dinge im Raum "aufbleiben".

Die Schwerkraft wird schwächer, wenn Sie weiter hinausgehen. Die Schwerkraft der Erde ist beim Mond viel schwächer als bei einem Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn. Weil die Schwerkraft beim Mond so viel schwächer ist, umkreist der Mond viel langsamer als beispielsweise die Internationale Raumstation. Der Mond braucht einen Monat, um herumzugehen. Die ISS dauert einige Stunden. Eine interessante Konsequenz ist, dass Sie einen Punkt erreichen, an dem die Schwerkraft so stark geschwächt ist, dass eine Umlaufbahn um die Erde 24 Stunden dauert, wenn Sie genau die richtige Menge dazwischen herausgehen, etwa sechs Erdradien. Dort könnten Sie eine "geosynchrone Umlaufbahn" haben, einen Satelliten, der so umkreist, dass er über dem gleichen Punkt am Erdäquator bleibt, an dem sich die Erde dreht.

Obwohl die Schwerkraft mit zunehmender Entfernung schwächer wird, gibt es keinen Grenzabstand. Theoretisch erstreckt sich die Schwerkraft für immer. Wenn Sie sich jedoch der Sonne nähern würden, wäre die Schwerkraft der Sonne irgendwann stärker als die der Erde, und dann würden Sie nicht mehr auf die Erde zurückfallen, selbst wenn Ihnen die Geschwindigkeit für die Umlaufbahn fehlt. Das würde passieren, wenn Sie ungefähr 0,1% der Entfernung zur Sonne oder ungefähr 250.000 km oder 40 Erdradien zurücklegen würden. (Dies ist tatsächlich weniger als die Entfernung zum Mond, aber der Mond fällt nicht in die Sonne, weil er die Sonne umkreist, genau wie die Erde selbst.)

Der Mond "fällt" also in Richtung Erde aufgrund der Schwerkraft, kommt aber der Erde nicht näher, weil ihre Bewegung eine Umlaufbahn ist und die Dynamik der Umlaufbahn durch die Schwerkraft in dieser Entfernung und durch Newtons Bewegungsgesetze bestimmt wird.

Anmerkung: Angepasst an eine Antwort, die ich an eine ähnliche Frage zu Quora

Der Mond fällt ständig auf die Erde, fehlt aber ständig! Gleiches gilt auch für andere Planeten.

Im Allgemeinen kann man in einem inversen quadratischen zentralen Kraftfeld die Flugbahn eines Teilchens berechnen und überprüfen, ob die Flugbahn je nach Fall entweder eine Parabel oder eine Ellipse oder eine Hyperbel (Kegelschnitte) ist die Anfangsposition und der Anfangsimpuls des Teilchens. Für ein Zweikörpersystem mit bestimmten Anfangsbedingungen ist es eine stabile elliptische Umlaufbahn. Bei Sonne und Erde handelt es sich um eine Ellipse (ohne Berücksichtigung der Gravitation anderer Objekte und ohne Berücksichtigung der relativistischen Präzision der Umlaufbahn).

Diese Seite enthält ein schönes Video.

Die Wahrheit ist, dass der Mond aufgrund der Schwerkraft ständig versucht, auf die Erde zu fallen. Aufgrund seiner Tangentialgeschwindigkeit fehlt es jedoch ständig.

Um dies zu verstehen, denken Sie daran, einen Stein, der am Ende einer Schnur festgebunden ist, mit der Hand direkt über dem Kopf herum und herum zu drehen. Während sich der Stein im Kreis bewegt, wird er ständig von der Kraft auf die Schnur zu Ihnen gezogen (ähnlich wie die Schwerkraft der Erde auf dem Mond). Warum stößt dich der Stein nicht auf den Kopf, wenn du ihn ständig in Richtung Kopf ziehst? Die Antwort ist, dass der Stein immer versucht, seinen Geschwindigkeitsvektor zu ändern, um genau das zu tun. Aber die Änderung reicht nur aus, um sie auf einer Kreisbahn zu halten, so wie die Anziehungskraft auf den Mond gerade ausreicht, um sie auf einer Kreisbahn um die Erde zu halten.

Eine andere Sichtweise: Im Bezugssystem der Erde hat der Mond einen Drehimpuls. Der Drehimpuls bleibt erhalten, wenn kein Drehmoment angelegt wird ($ \ tau = dL / dt $).

Die Schwerkraft zwischen Erde und Mond ist in Richtung des Massenschwerpunkts und erzeugt daher kein Drehmoment ($ \ tau = mv \ times R $), sodass sich der Drehimpuls ($ L $) nicht ändern kann.

Die Schwerkraft ist senkrecht zur Mondgeschwindigkeit, daher ändert sie die Richtung und nicht die Größe des Geschwindigkeit selbst. $ L = mv \ times R $ und wenn $ L $, $ m $ und $ v $ konstant sind, muss auch $ R $ konstant bleiben, damit sich der Radius nicht ändert.

Die beste einfache Antwort, die ich mir vorstellen kann, ist folgende: Eine Umlaufbahn eines Körpers eines anderen ist im Wesentlichen ein Grad an Gleichgewicht zwischen realen und fiktiven Kräften. Dazu gehören die Zentripetalkraft (Schwerkraft), die den umlaufenden Körper anzieht ("der Fall"), und die Zentrifugalkraft, die sich aus der Trägheit des umlaufenden Körpers ergibt (die Tendenz des umlaufenden Körpers, in einer konstanten linearen Bewegung von dem Körper weg zu bleiben, den er umkreist). Allgemein Relativistisch gesehen ist die Umlaufbahn das Ergebnis eines Körpers, der sich in einer geraden Linie durch den gekrümmten Raum bewegt, der um den massereicheren Körper herum existiert. Wenn sich der kleinere Körper mit der ausreichenden Kombination aus Impuls und Distanz bewegt, wird er den massereicheren Körper weiterhin auf andere Regionen des Weltraums übertragen. Wenn diese Kombination nicht ausreicht, um die Krümmung des Raums in der Region um den massereicheren Körper zu überwinden, setzt der kleinere Körper seine Tendenz fort, sich in einer geraden Linie zu bewegen, muss dies jedoch in einem gekrümmten Raum tun, der nicht "entkommen" kann . Wenn es einen ausreichenden Mindestimpuls hat, wird seine Tendenz, sich in einer geraden Linie vom massereicheren Körper weg zu bewegen, die Abwärtskrümmung überwinden. Diese beiden Bedingungen führen dazu, dass der kleinere Körper pro Newton zum ewigen Satelliten des massereicheren Körpers wird, da der kleinere Körper in Bewegung bleiben muss, es sei denn, auf seine Bewegung wird eine gleiche und entgegengesetzte Kraft ausgeübt. Der kleinere Körper erfährt keinen Widerstand durch Reibung oder Luft im Raum und die Gravitationskraft ist senkrecht, nicht entgegengesetzt zur Bewegung des kleineren Körpers, so dass ohne eine gleiche und entgegengesetzte Kraft der kleinere Körper seine Wanderung um den massereicheren Körper auf unbestimmte Zeit fortsetzt während sein Impuls im Gleichgewicht mit der Schwerkraft des massiven Körpers ist.

Der Mond fällt momentan nicht auf die Erde, weil sich die Erde selbst dreht. Die Energie aus der Erdrotation um ihre Achse wird allmählich in die Energie der Umlaufbahn des Mondes umgewandelt. Deshalb nimmt die Rotationsgeschwindigkeit der Erde ab, aber die Entfernung zum Mond nimmt zu.

Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis sich die Erdrotation bis zu dem Punkt verlangsamt, an dem sie dieselbe Winkelgeschwindigkeit wie die Umlaufbahn des Mondes hat. Von diesem Moment an nähert sich der Mond allmählich der Erde.

The original question is:

Why doesn't the Moon, or for that matter anything rotating another larger body, ever fall into the larger body?

Others have answered that the centrifugal forces equal the centripetal forces, so the moon stays in an orbit of the earth.

Satellites orbit the earth for the same reason. However, satellite orbits sometimes decay, so the satellite "orbit" changes to a collapsing spiral, and eventually the satellites do come back down to earth (normally burning up from atmospheric friction). Orbits can end in the other direction too, where the satellite moves away from earth in an enlarging spiral, eventually escaping earth's gravity entirely.

da wir wissen, dass sich der Mond auf einer Kreisbahn um die Erde dreht, wo die Zentripetalkraft durch die Gravitation entwickelt wird und dann das Ergebnis der Kreisbewegung nach außen drückt. "Die Zentrifugalkraft gleicht die Zentripetalkraft aus.

Ein Punkt, den diese Antworten übersehen, betrifft das Ziehen von Frames .

Der Planet Erde ist ein massiver Körper, daher erzeugt (oder verursacht) er Schwerkraft. Es ist aber auch ein rotierender Körper. Der Mond, der nahe genug an der Erde liegt, um von der Schwerkraft der Erde erfasst zu werden, so dass er sich in der Umlaufbahn befindet, ist dennoch nicht so nah, dass seine Umlaufbahnbewegung durch Kontakt mit atmosphärischen Molekülen verzögert wird (die einen Widerstand - eine Verzögerung - verursachen Objekte in der Erdumlaufbahn).

Da sich der Mond in einer progressiven Umlaufbahn befindet (dh in derselben Richtung umkreist, in der sich die Erde dreht), beschleunigt sich die (rotierende) Schwerkraft der Erde kontinuierlich der Mond (weil sich die Erde 28 Mal in der Zeit dreht, die der Mond benötigt, um sich einmal zu drehen: dh 28 Tage); so dass mit der Zeit der Impuls des Mondes zunimmt - so dass er sich weiter von der Erde entfernt: ein Phänomen, das historisch als Frame Dragging oder Rotation Dragging bezeichnet wird.

Diese Art der Beschleunigung wurde von Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie identifiziert und ist ziemlich gut verstanden. Der Mond wird im Laufe von hundert Jahren ein paar Zentimeter weiter von der Erde entfernt und bewegt sich allmählich in Richtung Flucht aus seiner Umlaufbahn. Die Theorie sagt jedoch voraus, dass das Sonnensystem aufgrund der langsamen Wirkung aufhören wird zu existieren, bevor genügend Zeit vergehen kann für den Effekt, dass der Mond tatsächlich aus der Erdumlaufbahn entkommt.

Diese Beschleunigung gilt für jeden natürlichen oder künstlichen Körper in einer (progressiven) Umlaufbahn um eine rotierende Planetenmasse (und wenn die Umlaufbahn retrograd ist, verlangsamt sich der gleiche Effekt it).

Die eigentliche Antwort auf die ursprüngliche Frage lautet also, dass es für einen Satelliten in einer stabilen Umlaufbahn um einen Körper mit Planetenmasse unmöglich ist, vom Himmel zu fallen, es sei denn (a) der Planet dreht sich nicht oder (b)Die Planetenatmosphäre verursacht Widerstandseffekte auf den Satelliten oder (c) der Satellit befindet sich in einer retrograden Umlaufbahn.Wenn keines dieser Dinge auftritt, kann der Abstand zwischen dem Satelliten und dem Planeten nicht verringert werden, da der Impuls des Satelliten nicht abnehmen kann, sodass seine Bewegung nach außen (dh sein Drehimpuls ) nicht abnehmen kann/ p>