Світ фізики Сили припливів і відпливів
Свен Тітц, Герман-Фрідріх Вагнер, 22 березня 2007 р
Коли вода повільно відступає на пляжі, місяць грає свою невидиму руку - це знає кожна дитина. Але як докладно виникають висота і тривалість припливів і відпливів, можна пояснити лише взаємодією сил тяжіння між Землею і Місяцем, а також між Землею і Сонцем. Нахил земної осі, нахил земної орбіти до орбіти Місяця та географія також впливають на припливи та відливи.
Однак основне явище відбувається між Землею і Місяцем. Гравітаційна сила Місяця тягне матерію планети. Оскільки сила цієї сили зменшується з відстанню, виникають припливи і відливи.
На стороні Землі, яка звернена до Місяця, гравітаційна сила, яку вона чинить на Землю, трохи більша, ніж у центрі Землі. Земна кора навряд чи поступається цій різниці в силах, але вода Світового океану слідує затягуванням місячної гравітації - вода рухається до Місяця і утворює паводкову гору.
Але на протилежному боці Землі це прямо протилежне. Там привабливість Місяця трохи менше, ніж у центрі Землі. Ось чому там вода, так би мовити, втрачає землю, а рівень моря піднімається - вода віддаляється від Місяця і утворює другу гору повені.
Однак дві затоплені гори мають не зовсім однаковий розмір. Тому що сила, яка спричиняє накопичення припливу, на сім відсотків сильніша на боці, спрямованій до Місяця, ніж на спині. Ця різниця полягає в тому, що градієнт сили тяжіння - ступінь її просторової зміни - нелінійно залежить від відстані: сила градієнта обернено пропорційна кубу відстані між двома масами (тоді як сама сила обернено пропорційна квадрату).
У районах між двома паводковими горами спостерігається приплив, тобто низький рівень води, оскільки звідти вода "витягується" в райони повені.
Чи не відіграє роль відцентрова сила Землі також відносно системи Земля-Місяць для відпливів і відпливів? Її досі часто використовують для пояснення другої гори затоплення збоку від Місяця. Однак врахування відцентрової сили лише робить пояснення більш громіздким, без відцентрових сил, що мають важливе значення для виникнення припливів (див. Інформаційне поле).
Вплив обертання землі
Власний рух Землі, тобто обертання Землі навколо себе, надзвичайно важливий для припливів і відливів, оскільки ми їх сприймаємо - без обертання Землі припливи і відливи не рухалися б по земній поверхні, а були б закріплені в одному місці. Але оскільки Місяць обертається навколо Землі за 27,3 доби, тобто в 27,3 рази повільніше, ніж земля навколо себе, земна поверхня постійно віддаляється у східному напрямку під повенями гір і долин. Таким чином, повені гора рухається у західному напрямку навколо Землі.
Поєднання самообертання із комбінованим обертанням Землі та Місяця означає, що не пройде рівно 24 години, поки одна і та ж точка на земній кулі знову не зіткнеться з Місяцем і, отже, не матиме повені гори, але трохи довше: 24 години 50 хвилин. Приплив - тобто інтервал часу між припливом та відпливом або між припливами та відливами - вдвічі менший: він триває 12 годин 25 хвилин кожен.
Жодного весняного припливу без сонця
Nipptide і Springtide
Щоб зрозуміти явище припливів і відпливів, на додаток до Місяця, слід враховувати вплив іншого нашого близького космічного супутника. Оскільки центральна зірка впливає на припливи через свою гравітаційну силу подібним чином до Місяця - хоч і менш сильно. Гравітаційне тяжіння, яке Сонце чинить на землю, приблизно у 200 разів більше, ніж у Місяця через велику масу Сонця, але оскільки Сонце приблизно в 400 разів більше від Землі, ніж Місяць, припливна сила - це Сонце (градієнт їх сили тяжіння) менший, ніж у Місяця. Оскільки градієнт гравітації падає швидше з відстанню, ніж сила. Ось чому припливна сила сонця становить лише 46 відсотків у порівнянні з нашим супутником.
Залежно від того, як розташовані Сонце, Місяць і Земля відносно один одного, Сонце або посилює, або послаблює припливи. Два сузір’я, в яких всі три небесні тіла знаходяться на одній лінії, тобто молодий місяць і повний місяць, особливо важливі. Потім припливні ефекти сонця та місяця посилюються, і виникають весняні припливи з особливо високою горою припливу та особливо низькими відливами (див. Статтю в "Фізика позаду речей" про весняний приплив). Однак у випадку півмісяця обидва впливи частково компенсують один одного. Є ніптіди з лише слабо вираженими припливами та відливами.
Припливи та відливи
Той, хто вже подорожував кількома узбережжями світу, звичайно, знає, що припливи не скрізь однакові. У Середземномор’ї місцями припливи ледь помітні, тоді як різниця між відливами та відливами в Північному морі становить кілька метрів. Причину цих відмінностей слід шукати в географії.
Розподіл континентів сам по собі створює перешкоди і тим самим впливає на переміщення води. Глибина і форма океанів також впливають на припливи і відливи. З точки зору фізики, це стосується системи вимушених коливань у взаємопов'язаних водних басейнах навколо земної кулі. Залежно від географічних умов це може призвести навіть до резонансних явищ, які похитнули припливний діапазон. Невеликі окраїнні моря на континентальному шельфі (континентальні шельфи), такі як Північне море, пов'язані з цими вібраціями. Як результат, сила припливів і відпливів у таких районах землі часто в основному породжується цими вібраціями.
Як положення Місяця впливає на припливи та відливи
У середині великих океанів, таких як Тихий, припливи і відливи не досягають і метра. Сильні припливи спостерігаються лише біля узбережжя материка. Зі зменшенням глибини води швидкість припливного руху зменшується, але при цьому припливний діапазон одночасно збільшується. Форма узбережжя також сильно впливає на місцеве формування припливів та відпливів. Це може призвести до коливань припливних перепадів від декількох сантиметрів до більш ніж десяти метрів. Рекорд є затокою Фанді на сході Канади, де різниця між відливом та відливом становить до чотирнадцяти метрів.
Як нахил Землі спотворює припливи та відпливи
Пояснення припливів і відпливів стає дещо складнішим, якщо врахувати, що земна вісь нахилена, а місячна орбіта нахилена відносно земної орбіти. Це спричиняє асиметрію при відпливі та відливі. Оскільки гори повені завжди знаходяться на сполучній лінії Земля-Місяць, але ця лінія не обов'язково веде через екватор. Місяць може рухатися до 28,7 градусів від небесного екватора по своїй траєкторії по небу. Тому повені гори періодично змінюють своє положення щодо екватора.