Шта узрокује плиму и осеку у океану?

Још од праисторије људи су интуитивно знали да су месец и плима и осека повезани, али геније попут Исааца Невтона требао је објаснити разлог.

Испоставило се да је гравитација, та мистериозна основна сила која узрокује рађање и умирање звезда и стварање галаксија, првенствено одговорна. Сунце такође врши гравитациону привлачност на земљи и доприноси океанским плимама и осекама. Заједно, гравитациони утицаји сунца и месеца помажу у одређивању врста плима и осека које се јављају.

Иако је гравитација главни узрок плима и осека, земаљска кретања играју улогу. Земља се окреће око своје осе, а то предење ствара центрифугалну силу која покушава да потисне сву воду са површине, баш као што се вода прска од вртеће прскалице. Земљина гравитација спречава да вода одлети у свемир.

Ова центрифугална сила ступа у интеракцију са гравитационим повлачењем месеца и сунца да би створила осеке и осеке, и то је главни разлог што многа места на Земљи свакодневно доживљавају две осеке.

Према Њутнов закон гравитације, гравитациона сила између било која два тела у свемиру је директно пропорционална маси сваког тела (м₁ и м₂) и обрнуто пропорционално квадрату даљине (д) између њих. Математички однос је следећи:

Ф = Гм₁м₂/ д²

где Г. је универзална гравитациона константа.

Овај закон открива да сила више зависи од удаљености него од релативних маса. Сунце је много масивније од месеца - око 27 милиона пута масовније - али је и 400 пута даље. Када упоредите гравитационе силе које врше на земљу, испоставило се да месец вуче отприлике двоструко јаче од сунца.

Утицај сунца на плиму и осеку може бити мањи од утицаја месеца, али је далеко од занемарљивог. Најочигледније је када се сунце, земља и месец поређају за време младог и пуног месеца. У пуном месецу, сунце и месец су на супротним странама земље, а највиша плима дана није тако висока као нормално, иако је друга плима мало већа.

За младог Месеца Сунце и Месец су поређани на истој страни Земље и њихови гравитациони потези се међусобно ојачавају. Необично велика плима позната је као пролећна плима.

Центрифугална сила изазвана ротацијом Земље на својој оси добија појачање од Месечеве гравитације, и то зато што се Земља и Месец ротирају око себе.

Земља је толико масивнија од месеца да изгледа да се креће само месец, али заправо се оба тела ротирају око заједничке тачке зване барицентер, што је 1.068 (1.719 км) миља испод површине Земље. Ово ствара додатну центрифугалну силу, као што би доживела кугла која се врти на врло краткој жици.

Нето ефекат ових центрифугалних сила је стварање трајног испупчења у земаљским океанима. Да није било месеца, испупчење се никада не би променило и не би било плима и осека. Али постоји месец, и ево како његова гравитација утиче на избочење у случајној тачки А. на земљи која се врти:

• Поноћ: Тачка А. је окренут ка Месецу, а комбинација Месечевог гравитационог повлачења и центрифугалне избочине комбинују се да створе високу плиму.

• 6:00 и 18:00: Тачка А. је окомита на линију између земље и месеца. Нормална компонента његове гравитационе силе супротставља се центрифугалној избочини и увлачи је унутра. Тачка А. доживљава осеку.

• Подне: Тачка А. налази се на супротној страни Земље од Месеца. Месечева гравитација је слабија због тачке А. је сада удаљен један пречник земље, што је 12.875 км. Гравитациона сила није довољно јака да неутралише центрифугалну избочину и тачку А. доживљава другу плиму, која је мања од оне прве која се догодила у поноћ.

Месец се креће небом просечном брзином од 13,2 степена дневно, што одговара око 50 минута, па се прва плима следећег дана јавља у 00:50, а не у поноћ. На тај начин, време појаве високих плима и осека А. прати кретање месеца.

Сунце има утицај на плиму и осеку аналогно месечевој, и иако је упола јаче, свако ко предвиђа морску плиму мора то узети у обзир.

Ако визуализујете гравитационе ефекте на плиму и осеку као издужени мехурићи који окружују планету, месечев мехур би био двоструко издужени од сунчевог. Ротира се око Земље истом брзином док месец кружи око планете, док сунчев мехур прати кретање земље око Сунца.

Ови мехурићи међусобно делују попут ометајућих таласа, понекад се појачавајући, а понекад поништавајући.

Плимни мехур је идеализација, јер земља није потпуно прекривена водом. Има копнене масе које тако затварају воду у сливове. Као што можете видети нагињањем шоље воде напред-назад, вода у посуди понаша се другачије од воде која није ограничена границама.

Померите шољу воде у једном смеру и сва вода пљусне у једну страну, а затим је померите у другу страну и вода пљусне назад. Океанска вода у три главна океанска басена - Атлантском, Тихом и Индијском океану - као и у свим мањим, понаша се на исти начин због аксијалног спиновања Земље.

Покрет није тако једноставан, јер је такође подложан вјетровима, дубини воде, топографији обале и Цориолисовој сили. Неке обале на Земљи, посебно оне на обали Атлантика, имају две плиме и осеке дневно, док друге, попут многих места на пацифичкој обали, имају само једну.

Редовни плима и осека дубоко утичу на обалске линије планете, непрекидно их нагризајући и мењајући њихова обележја. Талог се преноси током плиме која се повлачи према мору и поново таложи на другом месту када се плима врати.

Морске биљке и животиње у плимним областима еволуирале су да би се прилагодиле и искористиле ово редовно кретање, а рибари су током векова морали да темпирају своје активности да би се прилагодили њему.

Кретање плиме и осеке ствара огромну количину енергије која се може претворити у електричну енергију. Један од начина за то је брана која користи кретање воде за сабијање ваздуха за погон турбине.

Други начин је постављање турбина директно у плимну зону, тако да их вода у повлачењу и напредовању може окретати, слично као што ветар врти ваздушне турбине. Будући да је вода много гушћа од ваздуха, плиме и осеке могу произвести знатно више енергије од ветрогенератора.