Από τους προϊστορικούς χρόνους, οι άνθρωποι γνώριζαν διαισθητικά ότι το φεγγάρι και οι παλίρροιες είναι συνδεδεμένα, αλλά χρειάστηκε μια ιδιοφυΐα όπως ο Isaac Newton για να εξηγήσει τον λόγο.
Αποδεικνύεται ότι η βαρύτητα, αυτή η μυστηριώδης θεμελιώδης δύναμη που προκαλεί τη γέννηση και το θάνατο των αστεριών και τον σχηματισμό γαλαξιών, είναι κυρίως υπεύθυνη. Ο ήλιος ασκεί επίσης βαρυτική έλξη στη γη και συμβάλλει στις παλίρροιες των ωκεανών. Μαζί, οι βαρυτικές επιδράσεις του ήλιου και του φεγγαριού βοηθούν στον προσδιορισμό των τύπων παλίρροιας που συμβαίνουν.
Ενώ η βαρύτητα είναι η νούμερο ένα αιτία παλίρροιας, οι κινήσεις της γης παίζουν ρόλο. Η γη περιστρέφεται στον άξονά της και αυτή η περιστροφή δημιουργεί μια φυγοκεντρική δύναμη που προσπαθεί να σπρώξει όλο το νερό από την επιφάνεια, όσο το νερό ψεκάζεται μακριά από μια κεφαλή περιστροφής. Η βαρύτητα της γης εμποδίζει το νερό να πετάξει στο διάστημα.
Αυτή η φυγοκεντρική δύναμη αλληλεπιδρά με τη βαρυτική έλξη του φεγγαριού και του ήλιου για να δημιουργήσει υψηλές παλίρροιες και χαμηλή παλίρροια, και είναι ο κύριος λόγος που πολλά μέρη στη Γη βιώνουν δύο υψηλές παλίρροιες κάθε μέρα.
Η Σελήνη επηρεάζει τις παλίρροιες περισσότερο από τον Ήλιο
Σύμφωνα με Ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα, η βαρυτική δύναμη μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σωμάτων στο σύμπαν είναι ευθέως ανάλογη με τη μάζα κάθε σώματος (Μ1 και Μ2) και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης (ρε) μεταξυ τους. Η μαθηματική σχέση έχει ως εξής:
F = Gm1Μ2/ δ2
όπου σολ είναι η καθολική σταθερά βαρύτητας.
Αυτός ο νόμος αποκαλύπτει ότι η δύναμη εξαρτάται περισσότερο από την απόσταση από ό, τι στις σχετικές μάζες. Ο ήλιος είναι πολύ πιο ογκώδης από το φεγγάρι - περίπου 27 εκατομμύρια φορές πιο ογκώδης - αλλά είναι επίσης 400 φορές πιο μακριά. Όταν συγκρίνετε τις βαρυτικές δυνάμεις που ασκούν στη γη, αποδεικνύεται ότι το φεγγάρι τραβά δύο φορές πιο σκληρά από τον ήλιο.
Η επιρροή του ήλιου στις παλίρροιες μπορεί να είναι μικρότερη από αυτήν του φεγγαριού, αλλά απέχει πολύ από αμελητέα. Είναι πιο εμφανές όταν ο ήλιος, η γη και το φεγγάρι ευθυγραμμίζονται κατά τη διάρκεια της νέας σελήνης και της πανσελήνου. Στην πανσέληνο, ο ήλιος και το φεγγάρι βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές της γης και η υψηλότερη παλίρροια της ημέρας δεν είναι τόσο υψηλή όσο η κανονική, αν και η δεύτερη υψηλή παλίρροια είναι λίγο υψηλότερη.
Στη νέα σελήνη, ο ήλιος και το φεγγάρι ευθυγραμμίζονται στην ίδια πλευρά της γης και τα βαρυτικά τους τραβήγματα ενισχύουν το ένα το άλλο Η ασυνήθιστα υψηλή παλίρροια είναι γνωστή ως εαρινή παλίρροια.
Η βαρύτητα της Σελήνης σε συνδυασμό με τη φυγοκεντρική δύναμη
Η φυγοκεντρική δύναμη που προκαλείται από την περιστροφή της γης στον άξονά της παίρνει μια ώθηση από τη βαρύτητα του φεγγαριού, και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η γη και το φεγγάρι περιστρέφονται μεταξύ τους.
Η γη είναι πολύ πιο μαζική από το φεγγάρι που φαίνεται ότι μόνο το φεγγάρι κινείται, αλλά στην πραγματικότητα και τα δύο σώματα περιστρέφονται γύρω από ένα κοινό σημείο που ονομάζεται barycenter, που είναι 1.068 (1.719 χλμ.) μίλια κάτω από την επιφάνεια της Γης. Αυτό δημιουργεί μια επιπλέον φυγοκεντρική δύναμη, όπως μια μπάλα που περιστρέφεται σε μια πολύ σύντομη χορδή.
Το καθαρό αποτέλεσμα αυτών των φυγοκεντρικών δυνάμεων είναι να δημιουργήσει μια μόνιμη διόγκωση στους ωκεανούς της γης. Εάν δεν υπήρχε φεγγάρι, η διόγκωση δεν θα άλλαζε ποτέ και δεν θα υπήρχε παλίρροια. Υπάρχει όμως ένα φεγγάρι, και εδώ πώς η βαρύτητά του επηρεάζει το κύμα σε τυχαίο σημείο ΕΝΑ στην περιστρεφόμενη γη:
- Μεσάνυχτα: Σημείο ΕΝΑ βλέπει το φεγγάρι και ο συνδυασμός της βαρυτικής έλξης του φεγγαριού και του φυγοκεντρικού εξογκώματος συνδυάζονται για να δημιουργήσουν την υψηλή παλίρροια.
- 6 π.μ. και 6 μ.μ.: Σημείο ΕΝΑ είναι κάθετα σε μια γραμμή μεταξύ της γης και του φεγγαριού. Το κανονικό συστατικό της βαρυτικής του δύναμης αντισταθμίζει το φυγοκεντρικό κύμα και το τραβάει μέσα. Σημείο ΕΝΑ βιώνει άμπωτη.
- Μεσημέρι: Σημείο ΕΝΑ βρίσκεται στην αντίθετη πλευρά της γης από το φεγγάρι. Η βαρύτητα του φεγγαριού είναι πιο αδύναμη λόγω του σημείου ΕΝΑ είναι τώρα μια διάμετρος γης μακριά, η οποία είναι σχεδόν 8.000 μίλια (12.875 χλμ.). Η βαρυτική δύναμη δεν είναι αρκετά ισχυρή για να εξουδετερώσει τη φυγοκεντρική διόγκωση και το σημείο ΕΝΑ βιώνει μια δεύτερη υψηλή παλίρροια, η οποία είναι μικρότερη από την πρώτη που συνέβη τα μεσάνυχτα.
Το φεγγάρι κινείται μέσω του ουρανού με μέσο ρυθμό 13,2 μοίρες την ημέρα, που αντιστοιχεί σε περίπου 50 λεπτά, οπότε η πρώτη υψηλή παλίρροια την επόμενη ημέρα συμβαίνει στις 12:50 π.μ., όχι τα μεσάνυχτα. Με αυτόν τον τρόπο, ο συγχρονισμός των υψηλών παλίρροων στο σημείο ΕΝΑ ακολουθεί την κίνηση του φεγγαριού.
Η επίδραση του ήλιου στις παλίρροιες του ωκεανού
Ο ήλιος έχει επίδραση στις παλίρροιες ανάλογες με εκείνες του φεγγαριού, και παρόλο που είναι το ήμισυ ισχυρότερος, όποιος προβλέπει τις παλίρροιες πρέπει να το λάβει υπόψη.
Εάν οπτικοποιήσετε τα βαρυτικά αποτελέσματα στις παλίρροιες ως επιμήκεις φυσαλίδες που περιβάλλουν τον πλανήτη, η φούσκα της σελήνης θα ήταν διπλάσια από εκείνη του ήλιου. Περιστρέφεται γύρω από τη γη με την ίδια ταχύτητα με το φεγγάρι σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη, ενώ η φυσαλίδα του ήλιου ακολουθεί την κίνηση της γης γύρω από τον ήλιο.
Αυτές οι φυσαλίδες αλληλεπιδρούν σαν παρεμβαλλόμενα κύματα, μερικές φορές ενισχύουν η μία την άλλη και μερικές φορές ακυρώνουν η μία την άλλη.
Η δομή της Γης επηρεάζει επίσης τις παλίρροιες των ωκεανών
Η παλιρροιακή φυσαλίδα είναι μια εξιδανίκευση, επειδή η γη δεν καλύπτεται πλήρως από νερό. Έχει χερσαίες μάζες που περιορίζουν το νερό σε λεκάνες, για παράδειγμα. Όπως μπορείτε να καταλάβετε, γέρνοντας ένα φλιτζάνι νερό εμπρός και πίσω, το νερό σε ένα δοχείο συμπεριφέρεται διαφορετικά από το νερό που δεν περιορίζεται από τα σύνορα.
Μετακινήστε το φλιτζάνι νερό με έναν τρόπο, και όλο το νερό πέφτει στη μία πλευρά, μετά μετακινήστε το με άλλο τρόπο και το νερό πέφτει πίσω. Τα νερά των ωκεανών στις τρεις κύριες λεκάνες του ωκεανού - τον Ατλαντικό, τον Ειρηνικό και τους Ινδικούς ωκεανούς - καθώς και σε όλους τους μικρότερους, συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο λόγω της αξονικής περιστροφής της γης.
Η κίνηση δεν είναι τόσο απλή όσο αυτή, επειδή υπόκειται επίσης σε ανέμους, βάθος νερού, τοπογραφία ακτών και στη δύναμη Coriolis. Ορισμένες ακτές στη Γη, ιδίως εκείνες στις ακτές του Ατλαντικού, έχουν δύο υψηλές παλίρροιες την ημέρα, ενώ άλλες, όπως πολλές περιοχές στις ακτές του Ειρηνικού, έχουν μόνο μία.
Οι επιπτώσεις των παλιρροιών
Η κανονική άμπωτη και η ροή των παλιρροιών έχει βαθιά επίδραση στις ακτές του πλανήτη, τις διαβρώνουν συνεχώς και αλλάζουν τα χαρακτηριστικά τους. Το ίζημα μεταφέρεται στην παλίρροια που υποχωρεί στη θάλασσα και εναποτίθεται εκ νέου σε διαφορετικό μέρος όταν η παλίρροια επιστρέφει.
Θαλάσσια φυτά και ζώα σε παλιρροιακές περιοχές έχουν εξελιχθεί για να προσαρμοστούν και να επωφεληθούν από αυτήν την τακτική κίνηση, και οι ψαράδες σε όλες τις ηλικίες έπρεπε να περιορίσουν τις δραστηριότητές τους για να συμμορφωθούν με αυτό.
Η κίνηση των παλιρροιών παράγει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας που μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια. Ένας τρόπος για να το κάνετε αυτό είναι με ένα φράγμα που χρησιμοποιεί την κίνηση του νερού για να συμπιέσει τον αέρα για να οδηγήσει μια τουρμπίνα.
Ένας άλλος τρόπος είναι να εγκαταστήσετε τις τουρμπίνες απευθείας στην παλιρροιακή ζώνη έτσι ώστε το νερό που αποσυρθεί και να προχωρήσει να μπορεί να τα περιστρέψει, όπως και ο άνεμος που περιστρέφει τις αεροστρόβιλες. Επειδή το νερό είναι πολύ πιο πυκνό από τον αέρα, μια παλιρροιακή τουρμπίνα μπορεί να παράγει σημαντικά περισσότερη ενέργεια από μια ανεμογεννήτρια.