Светът на физиката Силите на приливите и отливите
Свен Титц, Херман-Фридрих Вагнер, 22 март 2007 г.
Когато водата бавно се оттегля на плажа, луната има невидима ръка - всяко дете знае това. Но как се появяват подробно височината и продължителността на приливите и отливите, може да се обясни само чрез взаимодействието на силите на привличане между Земята и Луната и между Земята и Слънцето. Наклонът на земната ос, наклонът на земната орбита към орбитата на Луната и географията също влияят на приливите и отливите.
Основното явление обаче се случва между Земята и Луната. Гравитационната сила на Луната привлича материята на планетата. Тъй като силата на тази сила намалява с разстоянието, възникват приливите и отливите.
От страната на земята, която е обърната към Луната, гравитационната сила, която тя упражнява върху земята, е малко по-голяма, отколкото в центъра на земята. Земната кора едва ли отстъпва на тази разлика в силите, но водата на океаните следва влаченето на лунната гравитация - водата се движи към Луната и образува наводнена планина.
Но на противоположната страна на земята е точно обратното. Там привличането на Луната е малко по-малко, отколкото в центъра на Земята. Ето защо водата там губи почвата под себе си, така да се каже, и нивото на морето се повишава - водата се отдалечава от Луната и образува втора планина наводнение.
Двете планини наводнения обаче не са абсолютно еднакви по размер. Тъй като силата, която предизвиква натрупване на прилив, е със седем процента по-силна от страната, обърната към Луната, отколкото отзад. Тази разлика е, защото градиентът на гравитационната сила - степента на нейното пространствено изменение - зависи нелинейно от разстоянието: силата на градиента е обратно пропорционална на куба на разстоянието между две маси (докато самата сила е обратно пропорционална на квадрата).
В районите между двете наводнени планини има отлив, т.е. ниска вода, тъй като от там водата се "изтегля" в районите на наводненията.
Не играе ли и центробежната сила на земята роля за приливите и отливите по отношение на системата Земя-Луна? Все още често се използва за обяснение на втората планина наводнение отстрани от Луната. Но разглеждането на центробежната сила само прави обяснението по-сложно, без центробежната сила да е от значение за създаването на приливите и отливите (вж. Информационното поле).
Влияние на въртенето на земята
За това собственото движение на Земята, т.е. въртенето на земята около себе си, е изключително важно за приливите и отливите, тъй като ние ги възприемаме - без въртенето на земята приливът и отливите не биха могли да се движат по земната повърхност, а ще бъдат фиксирани на едно място. Но тъй като Луната се върти около Земята за 27,3 дни, т.е. 27,3 пъти по-бавно от Земята около себе си, земната повърхност се отдалечава постоянно в източна посока под планините на залива и отливите. По този начин наводнената планина се движи в западна посока около земята.
Комбинацията от самообръщението с комбинираното въртене на Земята и Луната означава, че не са необходими точно 24 часа, докато същата точка на земното кълбо отново се обърне към Луната и по този начин има наводнена планина, но малко по-дълго: 24 часа и 50 минути. Приливът - това е интервалът от време между прилива и прилива или между приливите и отливите - е наполовина по-дълъг: той продължава 12 часа и 25 минути всеки.
Няма пролетен прилив без слънце
Nipptide и Springtide
За да разберем феномена на приливите и отливите, освен луната, трябва да се има предвид и влиянието на другия ни близък космически спътник. Тъй като централната звезда влияе на приливите и отливите чрез своята гравитационна сила по подобен начин на Луната - макар и по-малко силно. Гравитационното привличане, което слънцето упражнява върху земята, е около 200 пъти по-голямо от това на луната поради голямата маса на слънцето, но тъй като слънцето е около 400 пъти по-далеч от Земята, колкото луната, приливната сила е слънцето (градиентът на тяхната гравитационна сила) по-малък от този на Луната. Тъй като градиентът на гравитацията пада по-бързо с разстоянието от силата. Ето защо приливната сила на слънцето е само 46 процента в сравнение с нашия спътник.
В зависимост от това как са разположени слънцето, луната и земята един спрямо друг, слънцето или засилва, или отслабва приливите и отливите. Двете съзвездия, в които и трите небесни тела са на една линия, т.е. новолуние и пълнолуние, са особено важни. Тогава приливните ефекти на слънцето и луната се усилват и има пролетни приливи и отливи с особено висок прилив и особено ниски приливи и отливи (вижте статията в „Физика зад нещата“ за пролетния прилив). В случай на полумесец, от друга страна, и двете влияния частично се компенсират. Има ниптиди само със слабо изразени приливи и отливи.
Приливите и отливите и крайбрежието
Всеки, който вече е обиколил няколко брега на света, разбира се, че приливите и отливите не са еднакво силни навсякъде. В Средиземно море приливът на някои места е едва забележим, докато разликата между приливите и отливите в Северно море е няколко метра. Причината за тези различия се търси в географията.
Разпределението само на континентите създава препятствия и по този начин влияе върху движенията на водата. Дълбочината и формата на океаните също влияят на приливите и отливите. От гледна точка на физиката човек е свързан със система от принудителни вибрации във взаимосвързани водни басейни по целия свят. В зависимост от географските условия това може дори да доведе до резонансни явления, които разклащат приливния диапазон. Малки пределни морета на континенталния шелф (континентални шелфове) като Северно море са свързани с тези вибрации. В резултат силата на приливите и отливите в такива области на земята често се генерира в голяма степен от тези вибрации.
Как положението на луната влияе на приливите и отливите
В средата на големи океани като Тихия океан приливният диапазон не достига дори метър. Силни приливи и отливи се наблюдават само край бреговете на континента. С намаляването на дълбочината на водата скоростта на приливното движение намалява - но в същото време приливният диапазон се увеличава. Формата на брега също оказва силно влияние върху местното формиране на приливите и отливите. Това може да доведе до колебания в разликите в приливите и отливите от няколко сантиметра до над десет метра. Заливът на Фънди в Източна Канада държи рекорда, където разликата между отлив и отлив е до четиринадесет метра.
Как земният наклон изкривява приливите и отливите
Обяснението на приливите и отливите става малко по-сложно, когато смятате, че земната ос е наклонена и лунната орбита е наклонена спрямо земната орбита. Това причинява асиметрия в отливите и потоците. Тъй като планините на наводненията винаги са на свързващата линия Земя-Луна, но тази линия не води непременно през екватора. Луната може да се движи до 28,7 градуса от небесния екватор по своята траектория през небето. Следователно, заливните планини периодично сменят своето положение спрямо екватора.