Mi okozza az árapályt az óceánban?

Az őskortól kezdve az emberek intuitívan tudják, hogy a hold és az árapály összefügg, de ennek okának magyarázatához olyan zseni kellett, mint Isaac Newton.

Kiderült, hogy elsősorban a gravitáció, az a titokzatos alapvető erő okozza a csillagok születését és halálát, valamint a galaxisok kialakulását. A nap gravitációs vonzerőt is gyakorol a földön, és hozzájárul az óceán árapályához. A nap és a hold gravitációs hatása együttesen segít meghatározni az előforduló árapály típusait.

Míg a gravitáció az árapályok első számú oka, a Föld saját mozgása játszik szerepet. A föld forog a tengelyén, és ez a fonás olyan centrifugális erőt hoz létre, amely megpróbálja az összes vizet kiszorítani a felszínről, ugyanúgy, ahogy a víz elpermetez egy fonódó sprinkler fejétől. A föld saját gravitációja megakadályozza, hogy a víz elrepüljön az űrbe.

Ez a centrifugális erő kölcsönhatásba lép a hold és a nap gravitációs vonzerejével, hogy dagályokat idézzen elő és apály, és ez a fő oka annak, hogy a Föld sok helyén naponta két dagály tapasztalható.

Alapján Newton gravitációs törvénye, az univerzum bármely két teste közötti gravitációs erő egyenesen arányos az egyes testek tömegével (m₁ és m₂) és fordítottan arányos a távolság négyzetével (d) közöttük. A matematikai kapcsolat a következő:

F = Gm₁m₂/ d²

hol G az univerzális gravitációs állandó.

Ez a törvény feltárja, hogy az erő jobban függ a távolságtól, mint a relatív tömegektől. A nap sokkal masszívabb, mint a hold - körülbelül 27 milliószor olyan hatalmas -, de 400-szor is távolabb van. Ha összehasonlítjuk az általuk a földön kifejtett gravitációs erőket, kiderül, hogy a hold körülbelül kétszer olyan erősen húz, mint a nap.

A nap hatása az árapályokra lehet kisebb, mint a holdé, de korántsem elhanyagolható. A legszembetűnőbb, amikor a nap, a föld és a hold felsorakozik újhold és telihold idején. Teliholdkor a nap és a hold a föld ellentétes oldalán található, és a nap legmagasabb dagálya nem olyan magas, mint általában, bár a második dagály valamivel magasabb.

Újholdkor a nap és a hold a föld ugyanazon oldalán sorakozik fel, és gravitációs vonzereik egymást erősítik. A szokatlanul dagály a szökőár.

A föld tengelyének forgása által okozott centrifugális erő lendületet ad a hold gravitációjának, és ez azért van, mert a föld és a hold egymás körül forognak.

A föld sokkal tömegesebb, mint a hold, hogy úgy tűnik, hogy csak a hold mozog, de valójában mindkét test egy közös pont körül forog, barycenter, amely 1068 (1719 km) mérföldnyire van a Föld felszíne alatt. Ez további centrifugális erőt hoz létre, hasonlóan egy nagyon rövid zsinóron forgó labda tapasztalatához.

Ezeknek a centrifugális erőknek a nettó hatása egy állandó dudor létrehozása a föld óceánjain. Ha nem lenne hold, akkor a dudor soha nem változik meg, és nem lesz árapály. Van azonban egy hold, és a gravitációja itt hogyan befolyásolja a dudort véletlenszerű ponton A a forgó földön:

• Éjfél: Pont A a hold felé néz, és a hold gravitációs vonzata és a centrifugális dudor együttesen hozza létre a dagályt.

• 6 és 18 óra: Pont A merőleges a föld és a hold közötti vonalra. Gravitációs erejének normál összetevője ellensúlyozza a centrifugális dudort és behúzza. Pont A apályt tapasztal.

• Dél: Pont A a földdel szemben van a holdtól. A hold gravitációja gyengébb, mert pont A most már egy földátmérővel van, ami majdnem 8000 mérföld (12 875 km). A gravitációs erő nem elég erős a centrifugális dudor és a pont semlegesítéséhez A második dagályt tapasztal, amely kisebb, mint az éjfélkor bekövetkezett első.

A Hold átlagosan napi 13,2 fokos sebességgel mozog az égen, ami körülbelül 50 percnek felel meg, így a következő nap első dagálya 12: 50-kor, nem pedig éjfélkor következik be. Ily módon a dagály időzítése a pontban A követi a hold mozgását.

A nap a holdéhoz hasonlóan hat az árapályokra, és annak ellenére, hogy fele olyan erős, bárki, aki a tenger árapályát jósolja, figyelembe kell vennie azt.

Ha az árapály gravitációs hatásait a bolygót körülvevő hosszúkás buborékokként jelenítjük meg, akkor a Hold buborékja kétszer olyan hosszúkás lenne, mint a napé. Ugyanolyan sebességgel forog a föld körül, mint a hold a bolygó körül, míg a nap buborékja a föld mozgását követi a nap körül.

Ezek a buborékok kölcsönhatásban vannak, mint zavaró hullámok, néha felerősítik egymást, és néha megszüntetik egymást.

Az árapálybuborék idealizálás, mert a földet nem fedi teljesen víz. Olyan szárazföldi tömegekkel rendelkezik, amelyek úgymond medencékbe zárják a vizet. Amint megtudhatja, ha egy csésze vizet előre-hátra billent, a tartályban lévő víz másképp viselkedik, mint a határok nélküli víz.

Mozgassa a csésze vizet egy irányba, és az összes víz lecsapódik az egyik oldalára, majd mozgassa másfelé, és a víz visszacsúszik. Az óceán vize a három fő óceánmedencében - az Atlanti-óceán, a Csendes-óceán és az Indiai-óceán -, valamint az összes kisebbikben ugyanúgy viselkedik a föld tengelyirányú pörgése miatt.

A mozgás nem ilyen egyszerű, mert a szélnek, a víz mélységének, a partvidék domborzatának és a Coriolis-erőnek is van kitéve. A Föld egyes partvidékein, különösen az Atlanti-óceán partjainál naponta két árapály van, míg másokban, például a Csendes-óceán partjain sok helyen csak egy van.

Az árapályok szabályos hullámvölgye mélyen befolyásolja a bolygó partvonalait, folyamatosan erodálja és megváltoztatja azok jellemzőit. Az üledéket a visszavonuló árapaton a tengerre viszik, és az ártérés visszatérésekor újból más helyre rakják le.

Az árapályos területeken élő tengeri növények és állatok úgy fejlődtek, hogy alkalmazkodjanak ehhez a rendszeres mozgáshoz és kamatoztassák azt, és a halászoknak a korszakok során meg kellett időzíteniük tevékenységeiket, hogy megfeleljenek ennek.

Az árapály mozgása hatalmas mennyiségű energiát generál, amelyet elektromossággá lehet átalakítani. Ennek egyik módja egy gát, amely a víz mozgását használja a levegő sűrítésére a turbina meghajtására.

Egy másik módszer az, hogy a turbinákat közvetlenül az árapály-zónába állítják be, hogy a visszahúzódó és az előre haladó víz megpörgethesse őket, akárcsak a szél forgatja a turbinákat. Mivel a víz sokkal sűrűbb, mint a levegő, az árapályturbina lényegesen több energiát képes előállítani, mint egy szélturbina.