Wat veroorzaakt getijden in de oceaan?

Sinds de prehistorie wisten mensen intuïtief dat de maan en de getijden met elkaar verbonden zijn, maar er was een genie als Isaac Newton voor nodig om de reden uit te leggen.

Het blijkt dat de zwaartekracht, die mysterieuze fundamentele kracht die de geboorte en de dood van sterren en de vorming van sterrenstelsels veroorzaakt, primair verantwoordelijk is. De zon oefent ook een aantrekkingskracht uit op de aarde en draagt ​​bij aan de getijden van de oceaan. Samen bepalen de zwaartekrachtsinvloeden van de zon en de maan de soorten getijden die optreden.

Hoewel de zwaartekracht de belangrijkste oorzaak van getijden is, spelen de bewegingen van de aarde een rol. De aarde draait om zijn as, en dat draaien creëert een middelpuntvliedende kracht die probeert al het water van het oppervlak te duwen, net zoals water wegspuit van een draaiende sproeikop. De zwaartekracht van de aarde verhindert dat het water de ruimte in vliegt.

Deze middelpuntvliedende kracht werkt samen met de zwaartekracht van de maan en de zon om vloed te creëren en eb, en het is de belangrijkste reden dat veel plaatsen op aarde elke dag twee vloeden ervaren.

Volgens De zwaartekrachtwet van Newton New, is de zwaartekracht tussen twee willekeurige lichamen in het heelal recht evenredig met de massa van elk lichaam (m₁ en m₂) en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand (d) tussen hen. De wiskundige relatie is als volgt:

F = Gm₁m₂/ d²

waar G is de universele zwaartekrachtconstante.

Deze wet laat zien dat de kracht meer afhangt van afstand dan van relatieve massa's. De zon is veel massiever dan de maan – ongeveer 27 miljoen keer zo massief – maar hij is ook 400 keer verder weg. Als je de zwaartekrachten vergelijkt die ze op de aarde uitoefenen, blijkt dat de maan ongeveer twee keer zo hard trekt als de zon.

De invloed van de zon op getijden is misschien minder dan die van de maan, maar is verre van verwaarloosbaar. Het is het duidelijkst wanneer de zon, de aarde en de maan op één lijn liggen tijdens de nieuwe maan en de volle maan. Bij volle maan staan ​​de zon en de maan aan weerszijden van de aarde, en het hoogwater van de dag is niet zo hoog als normaal, hoewel het tweede hoogwater iets hoger is.

Bij nieuwe maan staan ​​de zon en de maan opgesteld aan dezelfde kant van de aarde en versterken hun aantrekkingskrachten elkaar. Het ongewoon hoogwater staat bekend als de springtij.

De middelpuntvliedende kracht die wordt veroorzaakt door de rotatie van de aarde om haar as krijgt een boost van de zwaartekracht van de maan, en dat komt doordat de aarde en de maan om elkaar heen draaien.

De aarde is zoveel massiever dan de maan dat het lijkt alsof alleen de maan beweegt, maar eigenlijk draaien beide lichamen rond een gemeenschappelijk punt dat de barycentrum, dat is 1068 (1.719 km) mijl onder het aardoppervlak. Dit creëert een extra middelpuntvliedende kracht, net zoals een bal die aan een zeer korte draad draait, zou ervaren.

Het netto-effect van deze middelpuntvliedende krachten is het creëren van een permanente uitstulping in de oceanen van de aarde. Als er geen maan was, zou de uitstulping nooit veranderen en zouden er geen getijden zijn. Maar er is een maan, en dit is hoe de zwaartekracht de uitstulping op een willekeurig punt beïnvloedt EEN op de draaiende aarde:

• Middernacht: Punt EEN is naar de maan gericht, en de combinatie van de zwaartekracht van de maan en de centrifugale uitstulping zorgen samen voor het hoogwater.

• 6 uur en 18 uur: Punt EEN staat loodrecht op een lijn tussen de aarde en de maan. De normale component van zijn zwaartekracht werkt de centrifugale uitstulping tegen en trekt deze naar binnen. Punt EEN eb ervaart.

• Middag: Punt EEN bevindt zich aan de andere kant van de aarde dan de maan. De zwaartekracht van de maan is zwakker omdat punt EEN is nu één aardediameter verwijderd, dat is bijna 8.000 mijl (12.875 km). De zwaartekracht is niet sterk genoeg om de centrifugale uitstulping te neutraliseren, en punt EEN ervaart een tweede vloed, die kleiner is dan de eerste die om middernacht plaatsvond.

De maan beweegt door de lucht met een gemiddelde snelheid van 13,2 graden per dag, wat overeenkomt met ongeveer 50 minuten, dus de eerste vloed van de volgende dag vindt plaats om 12:50 uur, niet om middernacht. Op deze manier wordt de timing van de vloed op punt EEN volgt de beweging van de maan.

De zon heeft een effect op getijden dat analoog is aan dat van de maan, en hoewel het half zo sterk is, moet iedereen die zeegetijden voorspelt er rekening mee houden.

Als je de zwaartekrachteffecten op getijden visualiseert als langwerpige bellen die de planeet omringen, zou de bel van de maan twee keer zo langwerpig zijn als die van de zon. Het draait rond de aarde met dezelfde snelheid als de maan om de planeet draait, terwijl de bel van de zon de beweging van de aarde rond de zon volgt.

Deze bubbels werken op elkaar in als interfererende golven, soms versterken ze elkaar en soms heffen ze elkaar op.

De vloedbel is een idealisering, want de aarde is niet helemaal bedekt met water. Het heeft landmassa's die het water als het ware in bassins opsluiten. Zoals je kunt zien door een kopje water heen en weer te kantelen, gedraagt ​​​​water in een container zich anders dan water dat niet wordt beperkt door grenzen.

Beweeg de beker met water een kant op, en al het water klotst naar één kant, en beweeg het dan de andere kant op, en het water klotst terug. Oceaanwater in de drie belangrijkste oceaanbekkens - de Atlantische, Stille en Indische Oceaan - evenals in alle kleinere, gedraagt ​​zich op dezelfde manier vanwege de axiale spin van de aarde.

De beweging is niet zo eenvoudig als dit, omdat het ook onderhevig is aan wind, waterdiepte, kustlijntopografie en de Coriolis-kracht. Sommige kusten op aarde, met name die aan de Atlantische kust, hebben twee vloedgolven per dag, terwijl andere, zoals veel plaatsen aan de Pacifische kust, er slechts één hebben.

De regelmatige eb en vloed van de getijden heeft een diepgaand effect op de kustlijnen van de planeet, waardoor ze voortdurend worden uitgehold en hun kenmerken veranderen. Sediment wordt met het terugtrekkende tij naar zee gedragen en op een andere plaats weer afgezet als het tij weer opkomt.

Mariene planten en dieren in getijdengebieden zijn geëvolueerd om zich aan te passen aan en te profiteren van deze regelmatige beweging, en vissers hebben door de eeuwen heen hun activiteiten moeten timen om zich eraan aan te passen.

De beweging van de getijden genereert een enorme hoeveelheid energie die kan worden omgezet in elektriciteit. Een manier om dit te doen is met een dam die de beweging van water gebruikt om lucht samen te persen om een ​​turbine aan te drijven.

Een andere manier is om turbines direct in de getijdenzone op te zetten, zodat het terugtrekkende en oprukkende water ze kan laten draaien, net zoals de wind luchtturbines laat draaien. Omdat water zoveel dichter is dan lucht, kan een getijdenturbine aanzienlijk meer energie opwekken dan een windturbine.