Faktory ovplyvňujúce príliv a odliv

Obsah

• Newton vysvetlil prílivovú silu z hľadiska gravitácie
• Dôvod sú dva prílivy denne
• Účinky mesačnej obežnej dráhy
• Slnko tiež ovplyvňuje príliv a odliv
• Prílivy v reálnom svete povodí oceánu
• Prílivy ovplyvňujú aj počasie a geologické udalosti

Vzostup a pokles prílivu a odlivu má zásadný vplyv na život na planéte Zem. Pokiaľ existujú pobrežné spoločenstvá, ktoré sú závislé od mora pre výživu, ľudia načasovali svoje činnosti spojené so zberom potravín, aby boli v súlade s prílivom a odlivom. Morské rastliny a zvieratá sa prispôsobili cyklickému odlivu a tečú mnohými dômyselnými spôsobmi.

Gravitácia spôsobuje prílivy a odlivy, ale prílivový cyklus nie je synchronizovaný s pohybom ktoréhokoľvek jednotlivého nebeského tela. Je ľahké si predstaviť, že mesiace, ktoré ovplyvňujú oceány, sa na Zemi vyvíjajú, ale sú zložitejšie. Slnko tiež ovplyvňuje príliv a odliv.

Dokonca aj iné planéty, ako napríklad Venuša a Jupiter, uplatňujú gravitačné vplyvy, ktoré majú nepatrný účinok. Dajte všetky tieto vplyvy dohromady, a dokonca nedokážu vysvetliť skutočnosť, že ktorýkoľvek daný bod na Zemi prežíva dva prílivy denne. Toto vysvetlenie si vyžaduje ocenenie toho, ako sa Zem a Mesiac obiehajú okolo seba.

Je to idealizácia považovať prílivy len za výsledok gravitačných síl. Pôsobenie počasia na Zemi spolu so štruktúrou povrchu planét tiež ovplyvňujú pohyb vody v jeho povodiach oceánov. Meteorológovia musia pri predpovedaní prílivu v určitej lokalite zohľadniť všetky tieto faktory.

Newton vysvetlil prílivovú silu z hľadiska gravitácie

Keď si myslíte, že je Sir Isaac Newton, môžete si predstaviť známy obraz anglického fyzika / matematika, ktorý bol zasiahnutý do hlavy padajúcim jablkom. Obrázok vám pripomína, že Newton, vychádzajúci z práce Johannesa Keplera, sformuloval zákon univerzálnej gravitácie, ktorý bol hlavným prielomom v našom chápaní vesmíru. Tento zákon použil na vysvetlenie prílivu a vyvrátenie Galilea Galileiho, ktorý veril, že prílivy a odlivy sú výlučne výsledkom pohybu Zeme okolo Slnka.

Newton odvodil gravitačný zákon z Keplersovho tretieho zákona, ktorý uvádza, že štvorec rotačného obdobia planét je úmerný kocke jeho vzdialenosti od Slnka. Newton to zovšeobecnil pre všetky telá vo vesmíre, nielen pre planéty. Zákon uvádza, že pre akékoľvek dve masové telesá m₁ a m₂, oddelené vzdialenosťou r, gravitačná sila F medzi nimi je daná:

F = Gm₁m₂/ r²

kde G je gravitačná konštanta.

To vám okamžite povie, prečo mesiac, ktorý je omnoho menší ako slnko, má väčší vplyv na prílivy Zeme. Dôvod je ten, že je bližšie. Gravitačná sila sa mení priamo s prvou silou hmoty, ale inverzne s druhou silou vzdialenosti, takže oddelenie medzi dvoma telom je dôležitejšie ako ich hmotnosti. Ako sa ukazuje, vplyv slnka na príliv a odliv je približne polovičný ako vplyv mesiaca.

Iné planéty, ktoré sú menšie ako slnko a vzdialenejšie ako mesiac, majú zanedbateľné účinky na príliv a odliv. Účinok Venuše, ktorá je najbližšou planétou na Zemi, je 10 000-krát menší ako účinok Slnka a Mesiaca spolu. Jupiter má ešte menší vplyv - asi desatinu vplyvu Venuše.

Dôvod sú dva prílivy denne

Zem je tak oveľa väčšia ako Mesiac, že ​​sa zdá, že Mesiac obieha okolo nej, ale pravdou je, že obiehajú okolo spoločného centra, známeho ako barycenter. Je to asi 1 068 míľ pod povrchom Zeme na priamke, ktorá siaha od stredu Zeme k stredu Mesiaca. Rotácia Zeme okolo tohto bodu vytvára odstredivú silu na povrchu planéty, ktorá je rovnaká v každom bode na jej povrchu.

Odstredivá sila je sila, ktorá tlačí telo smerom od stredu rotácie. rovnako ako voda odteká z rotujúcej hlavy postrekovača. Náhodne - bod - na strane Zeme obrátenej na Mesiac je gravitácia mesiacov považovaná za najsilnejšiu a gravitácia sa kombinuje s odstredivou silou, aby sa vytvoril príliv.

O 12 hodín neskôr sa však Zem otočila a namierila je v najvzdialenejšej vzdialenosti od Mesiaca. Kvôli zväčšeniu vzdialenosti, ktoré sa rovná priemeru Zeme (takmer 8 000 míľ alebo 12 874 km), sa v bode A vyskytuje najslabšia lunárna gravitačná príťažlivosť, ale odstredivá sila sa nezmení a výsledkom je druhý príliv.

Vedci to graficky znázorňujú ako pretiahnutú bublinu vody obklopujúcu Zem. Je to idealizácia, pretože predpokladá, že Zem je rovnomerne pokrytá vodou, ale vďaka gravitácii mesiacov poskytuje funkčný model prílivového pásma.

V bodoch oddelených od osi Zem - Mesiac o 90 stupňov postačuje normálna zložka gravitácie mesiacov na prekonanie odstredivej sily a vydutie sa sploští. Toto sploštenie zodpovedá odlivu.

Účinky mesačnej obežnej dráhy

Fiktívna vydutina obklopujúca Zem je približne elipsa s poloosou hlavnou osou pozdĺž línie, ktorá spája stred Zeme s centrom Mesiaca. Keby bol Mesiac na svojej obežnej dráhe stacionárny, každý deň na Zemi by sa každý deň objavili prílivy a odlivy v rovnakom čase, ale mesiac nie je stacionárny. Pohybuje sa 13,2 stupňov každý deň vzhľadom na hviezdy, takže sa mení aj orientácia hlavnej osi vydutia.

Keď bod na hlavnej osi vydutia dokončí rotáciu, hlavná os sa pohla. Rotácia Zeme trvá približne 4 minúty o jediný stupeň a hlavná os sa posunula o 13 stupňov, takže Zem sa musí otáčať ešte ďalších 53 minút, kým sa bod nevráti na hlavnú os vydutia. Keby boli mesačné orbitálne pohyby jediným faktorom ovplyvňujúcim príliv a odliv (výstraha spojlera: nie je), príliv by sa každý deň objavil o 53 minút neskôr za bod na rovníku.

Pokiaľ ide o vplyv mesiacov na prílivy a odlivy, dva ďalšie faktory ovplyvňujú načasovanie prílivu a výšku vody.

Slnko tiež ovplyvňuje príliv a odliv

Gravitácia slnka vytvára druhú hrču v pomyselnej bubline obklopujúcej Zem a jej os je pozdĺž priamky spájajúcej Zem so Slnkom. Os sa posúva o 1 stupeň za deň, pretože sleduje zjavnú polohu slnka na oblohe a je približne o polovicu predĺžená ako bublina vytvorená gravitáciou mesiacov.

V teórii rovnováhy prílivu a odlivu, ktorá dáva vznik modelu prílivovej bubliny, by prekrývanie bubliny vytvorenej gravitáciou mesiacov a bubliny vytvorenej gravitáciou slnka malo poskytnúť spôsob predpovedania denného prílivu v ktorejkoľvek lokalite.

Veci však nie sú také jednoduché, pretože Zem nie je pokrytá obrovským oceánom. Má pevniny, ktoré vytvárajú tri povodia oceánov spojené pomerne úzkymi priechodmi. Gravitácia slnka sa však kombinuje s gravitáciou Mesiaca a vytvára dvojmesačné vrcholy vo výškach prílivu a odlivu po celom svete.

Jarné a nočné odlivy: Jarné prílivy nemajú nič spoločné s jarným obdobím. Vyskytujú sa pri novom mesiaci a úplňku, keď sú slnko a mesiac zarovnané so Zemou. Gravitačné vplyvy týchto dvoch nebeských telies sa spájajú a vytvárajú nezvyčajne vysoké prílivové vody.

Jarné prílivy sa vyskytujú v priemere každé dva týždne. Približne jeden týždeň po každom jarnom prílive je os Zem - mesiac kolmá na os Zem - Slnko. Gravitačné účinky slnka a mesiaca sa navzájom rušia a prílivy sú nižšie ako obvykle. Sú známe ako neapol a príliv.

Prílivy v reálnom svete povodí oceánu

Okrem troch hlavných morských povodí - Tichého oceánu, Atlantického oceánu a Indického oceánu - existuje niekoľko menších povodí, napríklad Stredozemné more, Červené more a Perzský záliv. Každá nádrž je ako nádoba, a ako vidíte, keď nakláňate pohár vody dozadu a dopredu, voda má sklon k prelínaniu sa medzi stenami nádoby.Voda v každom z povodí sveta má prirodzené obdobie kmitania, čo môže zmeniť gravitačnú prílivovú silu Slnka a Mesiaca.

Napríklad obdobie Tichého oceánu je 25 hodín, čo vysvetľuje, prečo je v mnohých častiach Tichého oceánu iba jeden príliv denne. Obdobie Atlantického oceánu je na druhej strane 12,5 hodiny, takže v Atlantickom oceáne sú obyčajne dve prílivy a odlivy denne. Je zaujímavé, že v strede veľkých vodných nádrží často nie sú žiadne prílivy a odlivy, pretože prirodzená oscilácia vody má sklon mať nulový bod v strede povodia.

Príliv má tendenciu byť vyšší v plytkej vode alebo vo vode, ktorá vstupuje do uzavretého priestoru, napríklad do zálivu. Zátoka Fundy v kanadských Maritimes zažije najvyšší príliv na svete. Tvar zálivu vytvára prirodzené kmitanie vody, ktoré vytvára rezonanciu s kmitaním Atlantického oceánu, čím sa vytvára výškový rozdiel takmer 40 stôp medzi vysokým a nízkym prílivom a odlivom.

Prílivy ovplyvňujú aj počasie a geologické udalosti

Pred prijatím názvu cunami, čo v japončine znamená „veľká vlna“, oceánografi hovorili o veľkých pohyboch vody, ktoré nasledujú po zemetraseních a hurikánoch, ako prílivové vlny. Ide v podstate o rázové vlny, ktoré prechádzajú vodou a vytvárajú na pobreží zničujúco vysokú vodu.

Trvalé silné vetry môžu pomôcť priviesť vodu k pobrežiu a vytvoriť prílivy známe ako prepätia. Pre pobrežné spoločenstvá sú tieto prepätia často najväčšími účinkami tropických búrok a hurikánov.

Môže to fungovať aj opačným spôsobom. Silné vetry na mori môžu tlačiť vodu smerom k moru a vytvárať neobvykle odliatky. Veľké búrky sa vyskytujú v oblastiach s nízkym tlakom vzduchu, ktoré sa nazývajú depresie. Nárazy vzduchu prúdia z vysokotlakových hmôt vzduchu do týchto depresií a nárazy poháňajú vodu.