Что вызывает приливы в океане?

С доисторических времен люди интуитивно знали, что Луна и приливы связаны, но для объяснения причины потребовался такой гений, как Исаак Ньютон.

Оказывается, в первую очередь виновата гравитация, та загадочная фундаментальная сила, которая вызывает рождение и смерть звезд и образование галактик. Солнце также оказывает на Землю гравитационное притяжение и способствует океанским приливам. Вместе гравитационные влияния Солнца и Луны помогают определять типы приливов, которые происходят.

Хотя гравитация - причина номер один приливов, собственные движения Земли играют определенную роль. Земля вращается вокруг своей оси, и это вращение создает центробежную силу, которая пытается оттолкнуть всю воду от поверхности, подобно тому, как вода разбрызгивается от вращающейся головки дождевателя. Собственная гравитация Земли не дает воде улететь в космос.

Эта центробежная сила взаимодействует с гравитационным притяжением Луны и Солнца, создавая приливы. и отливы, и это основная причина того, что во многих местах на Земле ежедневно случаются два прилива.

В соответствии с Закон всемирного тяготения Ньютона, гравитационная сила между любыми двумя телами во Вселенной прямо пропорциональна массе каждого тела (м₁ а также м₂) и обратно пропорционально квадрату расстояния (d) между ними. Математическое соотношение выглядит следующим образом:

F = Gm₁м₂/ д²

где грамм - универсальная гравитационная постоянная.

Этот закон показывает, что сила больше зависит от расстояния, чем от относительных масс. Солнце намного массивнее Луны - примерно в 27 миллионов раз массивнее - но оно также в 400 раз дальше. Когда вы сравниваете гравитационные силы, которые они проявляют на Земле, оказывается, что Луна тянет примерно в два раза сильнее, чем Солнце.

Влияние Солнца на приливы и отливы может быть меньше, чем влияние Луны, но им нельзя пренебречь. Это наиболее очевидно, когда солнце, земля и луна выстраиваются в линию во время новолуния и полнолуния. В полнолуние Солнце и Луна находятся на противоположных сторонах Земли, и самый высокий прилив дня не такой высокий, как обычно, хотя второй прилив немного выше.

В новолуние Солнце и Луна выстраиваются в линию на одной стороне Земли, и их гравитационное притяжение усиливает друг друга. Необычно высокий прилив известен как весенний прилив.

Центробежная сила, вызванная вращением Земли вокруг своей оси, усиливается гравитацией Луны, и это потому, что Земля и Луна вращаются друг вокруг друга.

Земля настолько массивнее Луны, что кажется, что движется только Луна, но на самом деле оба тела вращаются вокруг общей точки, называемой барицентр что на 1068 (1719 км) миль ниже поверхности Земли. Это создает дополнительную центробежную силу, похожую на шар, вращающийся на очень короткой струне.

Чистый эффект этих центробежных сил - создать постоянную выпуклость в океанах Земли. Если бы не было луны, выпуклость никогда бы не изменилась и не было бы приливов. Но есть луна, и вот как ее гравитация влияет на выпуклость в случайной точке А на вращающейся земле:

• Полночь: Точка А обращен к Луне, и сочетание гравитационного притяжения Луны и центробежной выпуклости создает прилив.

• 6:00 и 18:00: Точка А перпендикулярна линии между Землей и Луной. Нормальная составляющая его гравитационной силы противодействует центробежной выпуклости и втягивает ее внутрь. Точка А переживает отлив.

• Полдень: Точка А находится на противоположной стороне Земли от Луны. Гравитация Луны слабее, потому что точка А сейчас находится на расстоянии одного диаметра Земли, что составляет почти 8000 миль (12 875 км). Сила гравитации недостаточно сильна, чтобы нейтрализовать центробежный выступ, и точка А переживает второй прилив, который меньше первого, произошедшего в полночь.

Луна движется по небу со средней скоростью 13,2 градуса в день, что соответствует примерно 50 минутам, поэтому первый прилив на следующий день происходит в 12:50, а не в полночь. Таким образом, время прилива в точке А следует за движением луны.

Солнце влияет на приливы, аналогичные влиянию Луны, и, хотя оно в два раза слабее, любой, кто предсказывает морские приливы, должен это учитывать.

Если вы визуализируете гравитационное воздействие на приливы как удлиненные пузыри, окружающие планету, то лунный пузырь будет в два раза длиннее, чем у Солнца. Он вращается вокруг Земли с той же скоростью, что и Луна, в то время как солнечный пузырь следует за движением Земли вокруг Солнца.

Эти пузыри взаимодействуют как мешающие волны, иногда усиливая друг друга, а иногда отменяя друг друга.

Приливный пузырь - это идеализация, потому что Земля не полностью покрыта водой. У него есть участки суши, которые, так сказать, ограничивают воду бассейнами. Как вы можете понять, наклоняя чашку с водой вперед и назад, вода в контейнере ведет себя иначе, чем вода, не ограниченная границами.

Переместите чашу с водой в одну сторону, и вся вода плещется в одну сторону, затем переместите ее в другую сторону, и вода хлынет обратно. Океанская вода в трех основных океанских бассейнах - Атлантическом, Тихом и Индийском океанах, а также во всех более мелких, ведет себя одинаково из-за осевого вращения Земли.

Движение не так просто, потому что оно также зависит от ветра, глубины воды, топографии береговой линии и силы Кориолиса. На некоторых берегах Земли, особенно на побережье Атлантического океана, бывает два прилива в день, в то время как на других, например, во многих местах на побережье Тихого океана, бывает только один.

Регулярные приливы и отливы оказывают сильное влияние на береговые линии планеты, постоянно размывая их и изменяя их характеристики. Осадки уносятся отступающим приливом в море и снова откладываются в другом месте, когда прилив возвращается.

Морские растения и животные в приливных районах эволюционировали, чтобы адаптироваться к этому регулярному перемещению и извлекать из него выгоду, и рыбаки на протяжении веков должны были рассчитывать время своей деятельности, чтобы соответствовать этому.

Движение приливов генерирует огромное количество энергии, которая может быть преобразована в электричество. Один из способов сделать это - использовать плотину, которая использует движение воды для сжатия воздуха и привода турбины.

Другой способ - установить турбины непосредственно в приливной зоне, чтобы отступающая и приближающаяся вода могла вращать их, как ветер вращает воздушные турбины. Поскольку вода намного плотнее воздуха, приливная турбина может генерировать значительно больше энергии, чем ветряная турбина.