Факторы, влияющие на приливы

Содержание

• Ньютон объяснил приливную силу в условиях гравитации
• Причина, по которой в день две приливы
• Эффекты орбиты Лун
• Солнце также влияет на приливы
• Приливы в реальном мире океанических бассейнов
• На приливы также влияют погодные и геологические явления

Подъем и падение приливов оказывает глубокое влияние на жизнь на планете Земля. Пока существуют прибрежные сообщества, которые зависят от моря в плане обеспечения средств к существованию, люди планируют свою деятельность по сбору пищи, чтобы быть в гармонии с приливами. Со своей стороны, морские растения и животные адаптировались к циклическому отливу и течению многочисленными гениальными способами.

Гравитация вызывает приливы, но приливный цикл не синхронизирован с движением какого-либо одного небесного тела. Легко представить, что лунные потоки, влияющие на океаны, движутся по Земле, но это сложнее, чем это. Солнце также влияет на приливы.

Даже другие планеты, такие как Венера и Юпитер, оказывают гравитационное влияние, которое оказывает незначительный эффект. Вместе со всеми этими влияниями, и даже они не могут объяснить тот факт, что любая точка на Земле испытывает две приливы в день. Это объяснение требует понимания того, как Земля и Луна вращаются вокруг друг друга.

Это идеализация, чтобы рассматривать приливы как результат исключительно гравитационных сил. Погодные явления на Земле, наряду со структурой поверхности планет, также влияют на движение воды в ее океанических бассейнах. Метеорологи должны учитывать все эти факторы при прогнозировании приливов для конкретной местности.

Ньютон объяснил приливную силу в условиях гравитации

Когда вы думаете о сэре Исааке Ньютоне, вы можете представить себе знакомое изображение английского физика / математика, которого ударили по голове падающим яблоком. Изображение напоминает вам, что Ньютон, опираясь на работу Йоханнеса Кеплера, сформулировал Закон Всеобщей Гравитации, который явился крупным прорывом в нашем понимании вселенной. Он использовал этот закон, чтобы объяснить приливы и опровергнуть Галилео Галилея, который полагал, что приливы были единственным результатом движения Земли вокруг Солнца.

Ньютон вывел закон гравитации из третьего закона Кеплера, который гласит, что квадрат периода вращения планет пропорционален кубу его расстояния от Солнца. Ньютон обобщил это для всех тел во вселенной, а не только для планет. Закон гласит, что для любых двух тел масс м₁ а также м₂, разделенные расстоянием р, гравитационная сила F между ними дается:

F = Гм₁м₂/р²

где грамм это гравитационная постоянная.

Это сразу говорит вам, почему луна, которая намного меньше Солнца, оказывает большее влияние на приливы Земли. Причина в том, что это ближе. Гравитационная сила изменяется непосредственно с первой степенью массы, но обратно пропорционально со второй степенью расстояния, поэтому разделение между двумя телами важнее, чем их массы. Оказывается, влияние солнца на приливы составляет примерно половину от влияния луны.

Другие планеты, будучи меньше Солнца и более отдаленными, чем Луна, оказывают незначительное влияние на приливы. Эффект Венеры, ближайшей к Земле планеты, в 10 000 раз меньше, чем у Солнца и Луны вместе взятых. Юпитер имеет еще меньшее влияние - примерно на одну десятую влияния Венеры.

Причина, по которой в день две приливы

Земля настолько больше Луны, что кажется, что Луна вращается вокруг нее, но правда в том, что они вращаются вокруг общего центра, известного как барицентр. Это около 1068 миль ниже поверхности Земли по линии, которая простирается от центра Земли до центра Луны. Вращение Земли вокруг этой точки создает центробежную силу на поверхности планеты, которая одинакова в каждой точке ее поверхности.

Центробежная сила - это сила, которая отталкивает тело от центра вращения. так же, как вода сбрасывается с вращающейся спринклерной головки. На случайную точку - точку - на стороне Земли, обращенной к Луне, гравитация лун ощущается сильнее всего, а гравитация объединяется с центробежной силой, создавая прилив.

Однако через 12 часов Земля повернулась, и точка находится на самом дальнем расстоянии от луны. Из-за увеличения расстояния, равного диаметру Земли (почти 8 000 миль или 12 874 км), точка А испытывает самое слабое гравитационное притяжение Луны, но центробежная сила не изменяется, и в результате получается второй прилив.

Ученые изображают это графически как вытянутый пузырь с водой, окружающий Землю. Это идеализация, поскольку предполагается, что Земля равномерно покрыта водой, но она обеспечивает работоспособную модель приливного диапазона из-за гравитации лун.

В точках, отстоящих от оси Земля-Луна на 90 градусов, нормальная составляющая гравитации луны достаточна для преодоления центробежной силы, и выпуклость сглаживается. Это выравнивание соответствует отливам.

Эффекты орбиты Лун

Воображаемая выпуклость, окружающая Землю, является приблизительно эллипсом с большой полуосью вдоль линии, соединяющей центр Земли с центром Луны. Если бы Луна была неподвижна на своей орбите, каждая точка на Земле испытывала бы приливы и отливы в одно и то же время каждый день, но Луна не неподвижна. Он перемещается на 13,2 градуса каждый день относительно звезд, поэтому ориентация большой оси выпуклости также изменяется.

Когда точка на главной оси выпуклости завершает вращение, главная ось перемещается. Для поворота Земли на один градус требуется около 4 минут, а главная ось сместилась на 13 градусов, поэтому Земля должна вращаться еще на 53 минуты, прежде чем точка вернется на главную ось выпуклости. Если бы лунные орбитальные движения были единственным фактором, влияющим на приливы (предупреждение спойлера: это не так), прилив мог бы происходить на 53 минуты позже каждый день для точки на экваторе.

Что касается влияния лун на приливы, два других фактора влияют на время приливов и высоту воды.

Солнце также влияет на приливы

Солнечная гравитация создает второй выступ в воображаемом пузыре, окружающем Землю, и его ось проходит вдоль линии, соединяющей Землю с Солнцем. Ось продвигается примерно на 1 градус в день, поскольку она следует за видимым положением солнца на небе и примерно вдвое вытянута по сравнению с пузырем, созданным гравитацией лун.

В Теории Равновесия Приливов, которая приводит к модели приливного пузыря, наложение пузыря, созданного гравитацией лун и созданного гравитацией Солнца, должно обеспечить способ предсказать ежедневные приливы в любом месте.

Однако все не так просто, потому что Земля не покрыта гигантским океаном. У этого есть массы суши, которые создают три океанических бассейна, соединенных довольно узкими проходами. Тем не менее, гравитация Солнца в сочетании с лунной гравитацией создает двухмесячные пики на высотах приливов по всему миру.

Весенние приливы и отливы: Весенние приливы не имеют ничего общего с сезоном весны. Они происходят в новолуние и полнолуние, когда солнце и луна выровнены с Землей. Гравитационные влияния этих двух небесных тел объединяются, чтобы произвести необычно высокие приливные воды.

Весенние приливы происходят в среднем каждые две недели. Примерно через неделю после каждого весеннего прилива ось Земля-Луна перпендикулярна оси Земля-Солнце. Гравитационные эффекты Солнца и Луны компенсируют друг друга, и приливы ниже, чем обычно. Они известны как приливы.

Приливы в реальном мире океанических бассейнов

Помимо трех основных океанических бассейнов - Тихого, Атлантического и Индийского океанов - есть несколько небольших бассейнов, таких как Средиземное море, Красное море и Персидский залив. Каждый тазик похож на контейнер, и, как вы можете видеть, когда вы наклоняете стакан воды назад и вперед, вода имеет тенденцию выплескиваться между стенками контейнера.Вода в каждом из бассейнов мира имеет естественный период колебаний, и это может изменить гравитационную приливную силу Солнца и Луны.

Например, период Тихого океана составляет 25 часов, что помогает объяснить, почему во многих частях Тихого океана наблюдается только один прилив в день. Период Атлантического океана, с другой стороны, составляет 12,5 часов, поэтому в Атлантике обычно бывает два прилива в день. Интересно, что в середине крупных водных бассейнов часто не бывает приливов, потому что естественные колебания воды имеют тенденцию иметь нулевую точку в центре бассейна.

Приливы имеют тенденцию быть выше на мелководье или в воде, которая входит в ограниченное пространство, такое как залив. Залив Фанди в канадских Приморьях переживает самые высокие приливы в мире. Форма залива создает естественные колебания воды, которые формируют резонанс с колебаниями Атлантического океана, создавая разницу в высоте почти 40 футов между приливом и отливом.

На приливы также влияют погодные и геологические явления

Прежде чем принять имя цунами, что в переводе с японского означает «большая волна», океанографы называли большие движения воды, которые следуют за землетрясениями и ураганами, приливными волнами. Это в основном ударные волны, которые проходят через воду, создавая на берегу опустошительно высокую воду.

Устойчивые сильные ветры могут помочь отвести воду к берегу и создать приливы, известные как волны. Для прибрежных сообществ эти волны часто являются наиболее сильными воздействиями тропических штормов и ураганов.

Это может работать и другим способом. Сильные морские ветры могут вытолкнуть воду в море и создать необычно низкие приливы. Большие бури имеют место в областях низкого давления воздуха, называемых депрессиями. Порывы воздуха устремляются из воздушных масс высокого давления в эти углубления, и порывы толкают воду.