Ще з доісторичних часів люди інтуїтивно знали, що Місяць і припливи пов’язані між собою, але для пояснення причини знадобився такий геній, як Ісаак Ньютон.
Виявляється, гравітація, та загадкова фундаментальна сила, яка спричиняє народження та смерть зірок та утворення галактик, несе головну відповідальність. Сонце також здійснює гравітаційне притягання на землю, і це сприяє припливам океану. Гравітаційні впливи Сонця та Місяця разом допомагають визначити типи припливів та відпливів.
Хоча гравітація є причиною припливів номер один, земні рухи відіграють важливу роль. Земля обертається навколо своєї осі, і це обертання створює відцентрову силу, яка намагається виштовхнути всю воду з поверхні, так само, як вода розпорошується від обертової спринклерної головки. Власна сила тяжіння Землі запобігає відльоту води в космос.
Ця відцентрова сила взаємодіє з гравітаційним тягою Місяця і Сонця, створюючи припливи і відливи, і це головна причина того, що багато місць на Землі щодня переживають дві припливи.
Місяць впливає на припливи та відливи більше, ніж Сонце
Відповідно до Закон тяжіння Ньютона, сила тяжіння між будь-якими двома тілами у Всесвіті прямо пропорційна масі кожного тіла (м1 і м2) і обернено пропорційна квадрату відстані (d) між ними. Математичні співвідношення такі:
F = Gm1м2/ д2
де G - універсальна гравітаційна стала.
Цей закон показує, що сила залежить більше від відстані, ніж від відносних мас. Сонце набагато масивніше за місяць - приблизно в 27 мільйонів разів масивніше, але воно також віддалене в 400 разів. Порівнюючи сили тяжіння, які вони діють на землю, виявляється, що Місяць тягне приблизно вдвічі сильніше, ніж Сонце.
Вплив сонця на припливи і відпливи може бути меншим, ніж вплив Місяця, але це далеко не незначно. Найбільш очевидно, коли Сонце, земля і Місяць вишикуються під час молодика та повного місяця. У повний місяць Сонце та Місяць знаходяться на протилежних сторонах Землі, і найвищий приплив дня не такий високий, як зазвичай, хоча другий приплив трохи вище.
У молодий місяць Сонце і Місяць вишикуються на одній стороні Землі, і їх гравітаційні тяги підсилюють один одного. Незвично приплив відомий як весняний приплив.
Гравітація Місяця у поєднанні з відцентровою силою
Відцентрова сила, зумовлена обертанням Землі навколо своєї осі, отримує поштовх від гравітації Місяця, і це тому, що Земля і Місяць обертаються навколо один одного.
Земля настільки масивніша за місяць, що здається, що рухається лише Місяць, але насправді обидва тіла обертаються навколо спільної точки, званої баріцентр, що на 1068 (1719 км) миль нижче поверхні Землі. Це створює додаткову відцентрову силу, подібно до того, як зазнає куля, що обертається на дуже короткій струні.
Сумарний ефект цих відцентрових сил полягає у створенні постійного опуклості в земних океанах. Якби не було місяця, опуклість ніколи не змінилася б, і не було б припливів. Але є Місяць, і ось як його гравітація впливає на опуклість у випадковій точці A на обертовій землі:
- Опівночі: Точка A повернута до Місяця, а поєднання гравітаційного тяжіння Місяця та відцентрової опуклості поєднуються, щоб створити приплив.
- 6 ранку та 6 вечора: Точка A перпендикулярна лінії між Землею і Місяцем. Нормальна складова його гравітаційної сили протидіє відцентровому опуклості і втягує його. Точка A відчуває відлив.
- Полудень: Точка A знаходиться на протилежному від Місяця боці Землі. Гравітація Місяця слабша, оскільки точка A зараз знаходиться на відстані одного діаметра землі, що становить майже 8000 миль (12 875 км). Гравітаційна сила недостатньо сильна, щоб нейтралізувати відцентрову опуклість і точку A переживає другий приплив, який менше, ніж перший, який стався опівночі.
Місяць рухається по небу із середньою швидкістю 13,2 градуса на день, що відповідає приблизно 50 хвилинам, тому перший приплив наступного дня настає о 12:50 ранку, а не опівночі. Таким чином, визначається час припливів A слідкує за рухом Місяця.
Вплив Сонця на океанські припливи
Сонце впливає на припливи і відливи, аналогічно місячному, і хоча воно вдвічі менше, кожен, хто передбачає морські припливи, повинен це врахувати.
Якщо візуалізувати гравітаційний вплив на припливи та відливи як подовжені бульбашки, що оточують планету, місячний міхур був би вдвічі видовженішим, ніж сонячний. Він обертається навколо Землі з такою ж швидкістю, як Місяць обертається навколо планети, тоді як сонячний міхур слідкує за рухом Землі навколо Сонця.
Ці бульбашки взаємодіють, як заважаючі хвилі, іноді посилюючи один одного, а іноді і відміняючи один одного.
Структура Землі також впливає на припливи океану
Припливний міхур - це ідеалізація, оскільки земля не повністю покрита водою. Тут є суші, які обмежують воду в басейнах, так би мовити. Як ви можете зрозуміти, нахиляючи чашку води туди-сюди, вода в ємності поводиться інакше, ніж вода, яка не обмежена кордонами.
Посуньте чашку з водою в один бік, і вся вода розплинеться в один бік, потім перемістіть її в інший бік, і вода розплинеться назад. Океанська вода в трьох основних океанічних басейнах - Атлантичному, Тихому та Індійському -, як і у всіх менших, поводиться однаково через осьовий спін Землі.
Рух не такий простий, як цей, оскільки він також піддається вітрам, глибині води, топографії берегової лінії та силі Коріоліса. Деякі узбережжя на Землі, особливо узбережжя Атлантичного океану, мають дві припливи на день, тоді як інші, як-от багато місць на узбережжі Тихого океану, мають лише одну.
Вплив припливів і відпливів
Регулярні відливи та відливи глибоко впливають на узбережжя планети, постійно розмиваючи їх та змінюючи їх особливості. Осад виноситься під час відпливу в море і відкладається заново в іншому місці, коли приплив повертається.
Морські рослини та тварини в приливних районах еволюціонували, щоб пристосуватися до цього регулярного руху та скористатися ним, і рибалкам упродовж століть доводилося приділяти час своїй діяльності, щоб відповідати йому.
Рух припливів і відпливів генерує величезну кількість енергії, яку можна перетворити на електрику. Одним із способів цього є дамба, яка використовує рух води для стиснення повітря для приводу турбіни.
Інший спосіб - встановити турбіни безпосередньо в припливній зоні, щоб вода, що відступає та наступала, могла їх обертати, подібно до того, як вітер обертає повітряні турбіни. Оскільки вода набагато щільніша за повітря, приливна турбіна може генерувати значно більше енергії, ніж вітрова турбіна.