Čo spôsobuje príliv a odliv v oceáne?

Už od praveku ľudia intuitívne vedeli, že mesiac a príliv a odliv sú spojené, ale vysvetlenie dôvodu si vyžadovalo génia ako Isaac Newton.

Ukazuje sa, že primárne je zodpovedná gravitácia, tá záhadná základná sila, ktorá spôsobuje narodenie a smrť hviezd a vznik galaxií. Slnko tiež pôsobí na zem gravitačnou príťažlivosťou a prispieva k prílivu a odlivu oceánov. Gravitačné vplyvy slnka a mesiaca spoločne pomáhajú určovať typy prílivov a odlivov, ktoré sa vyskytujú.

Zatiaľ čo gravitácia je príčinou prílivu a odlivu číslo jedna, vlastné pohyby Zeme majú svoju úlohu. Zem sa krúti okolo svojej osi a toto pretáčanie vytvára odstredivú silu, ktorá sa pokúša vytlačiť všetku vodu z povrchu, podobne ako voda vystrekuje z rotujúcej postrekovacej hlavy. Vlastná zemská gravitácia bráni vode odletieť do vesmíru.

Táto odstredivá sila interaguje s gravitačným ťahom mesiaca a slnka a vytvára príliv a prílivu a odlivu a to je hlavný dôvod, že na mnohých miestach Zeme každý deň dôjde k dvom prílivom.

Podľa Newtonov gravitačný zákon, gravitačná sila medzi akýmikoľvek dvoma telesami vo vesmíre je priamo úmerná hmotnosti každého telesa (m₁ a m₂) a nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti (d) medzi nimi. Matematický vzťah je nasledovný:

F = Gm₁m₂/ d²

kde G je univerzálna gravitačná konštanta.

Tento zákon odhaľuje, že sila závisí viac od vzdialenosti ako od relatívnych hmotností. Slnko je oveľa hmotnejšie ako mesiac - asi 27 miliónovkrát hmotnejšie - ale je tiež 400-krát ďalej. Keď porovnáte gravitačné sily, ktoré vyvíjajú na zem, ukázalo sa, že mesiac tiahne asi dvakrát tak silno ako slnko.

Vplyv slnka na príliv a odliv môže byť menší ako vplyv mesiaca, ale ani zďaleka nie je zanedbateľný. Najviditeľnejšie je to, keď sa slnko, zem a mesiac zoradia počas novu a splnu. Za splnu sú slnko a mesiac na opačných stranách Zeme a najvyšší príliv dňa nie je taký vysoký ako obvykle, aj keď druhý príliv je o niečo vyšší.

Na Novom mesiaci sú Slnko a Mesiac zoradené na rovnakej strane Zeme a ich gravitačné ťahy sa navzájom zosilňujú. Nezvyčajne vysoký príliv je známy ako jarný príliv.

Odstredivá sila spôsobená rotáciou Zeme na svojej osi dostane podporu z gravitácie Mesiaca, a to preto, lebo Zem a Mesiac sa otáčajú okolo seba.

Zem je oveľa hmotnejšia ako mesiac, že ​​sa zdá, že sa pohybuje iba mesiac, ale v skutočnosti sa obe telesá otáčajú okolo spoločného bodu nazývaného barycentrum, čo je 1 068 (1 719 km) míľ pod povrchom Zeme. To vytvára ďalšiu odstredivú silu, podobne ako by to zažila lopta rotujúca na veľmi krátkej strune.

Čistým účinkom týchto odstredivých síl je vytvorenie permanentného vydutia v zemských oceánoch. Keby nebol mesiac, vydutie by sa nikdy nezmenilo a nebol by príliv a odliv. Existuje ale mesiac a tu je to, ako jeho gravitácia ovplyvňuje vydutie v náhodnom bode A na rotujúcej zemi:

• Polnoc: Bod A je otočený smerom k Mesiacu a kombinácia gravitačného ťahu Mesiaca a odstredivého vydutia sa spojili, aby vytvorili príliv.

• 6:00 a 18:00: Bod A je kolmá na čiaru medzi zemou a mesiacom. Normálna zložka jeho gravitačnej sily pôsobí proti odstredivému vydutiu a vťahuje ho dovnútra. Bod A zažíva odliv.

• Poludnie: Bod A je na opačnej strane Zeme ako Mesiac. Gravitácia Mesiaca je slabšia, pretože bod A je teraz jeden zemský priemer ďaleko, čo je takmer 8 8 000 míľ (12 875 km). Gravitačná sila nie je dosť silná na to, aby neutralizovala odstredivé vydutie a namierila A zažije druhý príliv, ktorý je menší ako prvý, ktorý nastal o polnoci.

Mesiac sa pohybuje po oblohe priemernou rýchlosťou 13,2 stupňov za deň, čo zodpovedá asi 50 minútam, takže prvý príliv v nasledujúci deň nastáva o 12:50, nie o polnoci. Týmto spôsobom načasovanie prílivu v bode A sleduje pohyb mesiaca.

Slnko účinkuje na príliv a odliv obdobne ako príliv Mesiaca, a hoci je o polovicu tak silné, ktokoľvek predpovedá príliv a odliv mora, musí s tým počítať.

Ak si vizualizujete gravitačné účinky na príliv a odliv ako pozdĺžne bubliny obklopujúce planétu, mesačná bublina by bola dvakrát predĺžená ako slnečná. Rotuje okolo Zeme rovnakou rýchlosťou ako Mesiac obieha okolo planéty, zatiaľ čo slnečná bublina sleduje pohyb Zeme okolo Slnka.

Tieto bubliny interagujú ako interferujúce vlny, niekedy sa navzájom zosilňujú a niekedy sa rušia.

Prílivová bublina je idealizácia, pretože Zem nie je úplne pokrytá vodou. Má pevniny, ktoré takpovediac obmedzujú vodu na povodie. Ako spoznáte podľa naklonenia pohára vody tam a späť, voda v nádobe sa chová inak ako voda, ktorá nie je ohraničená hranicami.

Pohár s vodou premiestnite jedným smerom a všetky vodné toky na jednu stranu, potom ju pohnite iným spôsobom a voda sa prehrne dozadu. Oceánska voda v troch hlavných oceánskych povodiach - Atlantickom, Tichom a Indickom oceáne -, ako aj vo všetkých menších, sa chová rovnako kvôli axiálnemu rotácii Zeme.

Pohyb nie je taký jednoduchý, pretože tiež podlieha vetrom, hĺbke vody, topografii pobrežia a Coriolisovej sile. Niektoré pobrežia na Zemi, najmä tie na pobreží Atlantiku, majú dva prílivy za deň, zatiaľ čo iné, napríklad veľa miest na tichomorskom pobreží, majú iba jeden.

Pravidelný príliv a odliv má výrazný vplyv na pobrežie planéty, neustále ich eroduje a mení ich vlastnosti. Sediment sa vynáša na ustupujúcom prílivu a odchode na more a po návrate prílivu sa ukladá znovu na inom mieste.

Morské rastliny a živočíchy v prílivových oblastiach sa vyvinuli tak, aby sa prispôsobili tomuto pravidelnému pohybu a využili ho. Rybári v priebehu vekov si museli načasovanie svojich aktivít prispôsobiť.

Pohyb prílivu a odlivu generuje obrovské množstvo energie, ktorú je možné premeniť na elektrinu. Jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, je priehrada, ktorá využíva pohyb vody na stlačenie vzduchu na pohon turbíny.

Ďalším spôsobom je nastavenie turbín priamo v prílivovej zóne, aby ich mohla ustupujúca a postupujúca voda roztočiť, podobne ako vietor roztáča vzduchové turbíny. Pretože voda je oveľa hustejšia ako vzduch, prílivová turbína môže generovať podstatne viac energie ako veterná turbína.