Encyklopedia szkolna. Przypływy i odpływy, istota zjawiska przypływów i odpływów. Streszczenie Jak występują pływy na ziemi

Kontynuujmy rozmowę o siłach działających na ciała niebieskie i powodowanych przez nie skutkach. Dzisiaj opowiem o pływach i perturbacjach niegrawitacyjnych.

Co to znaczy – „perturbacje niegrawitacyjne”? Perturbacje są zwykle nazywane małymi poprawkami do dużej, głównej siły. Oznacza to, że porozmawiamy o niektórych siłach, których wpływ na obiekt jest znacznie mniejszy niż grawitacyjny

Jakie inne siły istnieją w przyrodzie oprócz grawitacji? Pomijamy silne i słabe oddziaływania jądrowe, mają one charakter lokalny (działają na bardzo małe odległości). Ale elektromagnetyzm, jak wiecie, jest znacznie silniejszy niż grawitacja i rozciąga się tak samo daleko - w nieskończoność. Ponieważ jednak ładunki elektryczne o przeciwnych znakach są zwykle zrównoważone, a „ładunek” grawitacyjny (odgrywany przez masę) jest zawsze tego samego znaku, to oczywiście przy wystarczająco dużych masach grawitacja dochodzi do głosu. Tak więc w rzeczywistości będziemy mówić o zaburzeniach w ruchu ciał niebieskich pod wpływem pola elektromagnetycznego. Nie ma już opcji, chociaż jest jeszcze ciemna energia, ale o tym później, kiedy będziemy mówić o kosmologii.

Jak już mówiłem, proste prawo grawitacji Newtona F = G∙M∙m/R² jest bardzo wygodny w użyciu w astronomii, ponieważ większość ciał ma kształt zbliżony do sferycznego i jest wystarczająco daleko od siebie, aby w obliczeniach można je było zastąpić punktami - obiektami punktowymi zawierającymi całą swoją masę. Jednak ciało o skończonych rozmiarach, porównywalne z odległością między sąsiednimi ciałami, doświadcza jednak innego wpływu siły w różnych jego częściach, ponieważ te części są różnie oddalone od źródeł grawitacji i należy to wziąć pod uwagę.

Przyciąganie spłaszcza się i łzy

Aby poczuć efekt pływów, przeprowadźmy popularny wśród fizyków eksperyment myślowy: wyobraź sobie siebie w swobodnie spadającej windzie. Odcinamy linę trzymającą kabinę i zaczynamy spadać. Dopóki nie upadniemy, możemy obserwować, co dzieje się wokół nas. Rozwieszamy wolne masy i obserwujemy jak się zachowują. Po pierwsze, spadają synchronicznie i mówimy, że to stan nieważkości, ponieważ wszystkie obiekty w tej kabinie i ona sama odczuwają w przybliżeniu takie samo przyspieszenie swobodnego spadania.

Ale z czasem nasze punkty materialne zaczną zmieniać swoją konfigurację. Czemu? Ponieważ dolny na początku był trochę bliżej środka ciężkości niż górny, więc dolny przyciągany mocniej zaczyna wyprzedzać górny. A boczne punkty zawsze pozostają w tej samej odległości od środka ciężkości, ale gdy się do niego zbliżają, zaczynają się zbliżać do siebie, ponieważ równe przyspieszenia nie są równoległe. W rezultacie system niepowiązanych ze sobą obiektów ulega deformacji. Nazywa się to efektem pływowym.

Z punktu widzenia obserwatora, który rozrzuca wokół siebie ziarna i obserwuje, jak poruszają się poszczególne ziarna, podczas gdy cały ten układ spada na masywny obiekt, można wprowadzić coś takiego jak pole sił pływowych. Zdefiniujmy te siły w każdym punkcie jako różnicę wektorów między przyspieszeniem grawitacyjnym w tym punkcie a przyspieszeniem obserwatora lub środka masy, a jeśli weźmiemy tylko pierwszy wyraz rozwinięcia w szeregu Taylora względem względnego odległość, to otrzymamy obraz symetryczny: najbliższe ziarna będą przed obserwatorem, dalsze będą w tyle za nim, tj. układ będzie rozciągnięty wzdłuż osi skierowanej na grawitujący obiekt, a wzdłuż kierunków prostopadłych do niego cząstki będą dociskane do obserwatora.

Jak myślisz, co się stanie, gdy planeta zostanie wessana do czarnej dziury? Ci, którzy nie słuchali wykładów z astronomii, zwykle myślą, że czarna dziura oderwie materię tylko od powierzchni skierowanej do siebie. Nie wiedzą, że prawie równie silny efekt występuje na odwrotnej stronie swobodnie spadającego ciała. Tych. jest rozdarty w dwóch diametralnie przeciwnych kierunkach, bynajmniej nie w jednym.

Niebezpieczeństwa kosmosu

Aby pokazać, jak ważne jest uwzględnienie efektu pływów, weźmy Międzynarodową Stację Kosmiczną. Ona, podobnie jak wszystkie satelity Ziemi, spada swobodnie w polu grawitacyjnym (jeśli silniki nie są włączone). A pole sił pływowych wokół niej jest rzeczą dość namacalną, więc kiedy astronauta pracuje po zewnętrznej stronie stacji, na pewno się do niej przywiąże, i to z reguły dwoma kablami - tak na wszelki wypadek nigdy nie wiadomo, co może się stać. A jeśli znajdzie się bez kontaktu w warunkach, w których siły pływowe odciągają go od centrum stacji, może łatwo stracić z nią kontakt. Często dzieje się tak z narzędziami, ponieważ nie można ich wszystkich związać. Jeśli coś wypadnie z rąk astronauty, to obiekt ten odlatuje w dal i staje się niezależnym satelitą Ziemi.

Plan pracy na ISS obejmuje testy w otwartej przestrzeni pojedynczego plecaka odrzutowego. A kiedy jego silnik ulegnie awarii, siły pływowe zabiorą astronautę, a my go stracimy. Nazwiska zaginionych osób są tajne.

To oczywiście żart: taki incydent jeszcze się na szczęście nie wydarzył. Ale to równie dobrze może się wydarzyć! A może kiedyś tak będzie.

planeta oceanu

Wróćmy na Ziemię. Jest to dla nas najciekawszy obiekt, a działające na niego siły pływowe są dość odczuwalne. Z jakich ciał niebieskich działają? Głównym jest Księżyc, ponieważ jest blisko. Następnym co do wielkości uderzeniem jest Słońce, ponieważ jest masywne. Reszta planet również ma pewien wpływ na Ziemię, ale jest to ledwo zauważalne.

Aby przeanalizować zewnętrzny wpływ grawitacji na Ziemię, zwykle przedstawia się ją jako stałą kulę pokrytą płynną powłoką. To nie jest zły model, ponieważ nasza planeta ma ruchomą powłokę w postaci oceanu i atmosfery, a wszystko inne jest dość solidne. Chociaż skorupa ziemska i warstwy wewnętrzne mają ograniczoną sztywność i niewielki wpływ pływów, ich sprężyste odkształcenie można pominąć w obliczeniach wpływu na ocean.

Jeśli narysujemy wektory sił pływowych w układzie środka masy Ziemi, otrzymamy następujący obraz: pole sił pływowych ciągnie ocean wzdłuż osi Ziemia-Księżyc i dociska go do środka Ziemia w płaszczyźnie prostopadłej do niej. Tak więc planeta (w każdym razie jej ruchoma powłoka) ma tendencję do przybierania formy elipsoidy. W tym przypadku pojawiają się dwa wybrzuszenia (nazywane są garbami pływowymi) po przeciwnych stronach globu: jedno jest skierowane w stronę Księżyca, drugie jest z dala od Księżyca, a odpowiednio w pasie między nimi pojawia się „wybrzuszenie” ( dokładniej, powierzchnia oceanu ma tam mniejszą krzywiznę).

Bardziej interesująca rzecz dzieje się pomiędzy, gdzie wektor siły pływowej próbuje przesunąć płynną powłokę wzdłuż powierzchni Ziemi. I to jest naturalne: jeśli w jednym miejscu chcesz podnieść morze, aw innym - obniżyć, musisz przenieść wodę stąd tutaj. A między nimi siły pływowe kierują wodę do „punktu podksiężycowego” i „punktu przeciwksiężycowego”.

Bardzo łatwo jest oszacować efekt pływów. Grawitacja ziemska próbuje nadać oceanowi kulisty kształt, a pływowa część wpływu Księżyca i Słońca próbuje go rozciągnąć wzdłuż osi. Gdyby zostawić Ziemię w spokoju i dać możliwość swobodnego opadania na Księżyc, to wysokość wybrzuszenia sięgałaby około pół metra, tj. tylko 50 cm ocean wznosi się powyżej swojego średniego poziomu. Jeśli pływasz parowcem po otwartym morzu lub oceanie, pół metra nie jest zauważalne. Nazywa się to przypływem statycznym.

Niemal na każdym egzaminie spotykam studenta, który z przekonaniem twierdzi, że przypływ występuje tylko po jednej stronie Ziemi – po tej zwróconej w stronę księżyca. Z reguły tak mówi dziewczyna. Ale zdarza się, choć rzadziej, że nawet młodzi mężczyźni mylą się w tej sprawie. Jednocześnie na ogół wiedza z zakresu astronomii jest głębsza u dziewcząt. Interesujące byłoby poznanie przyczyny tej asymetrii „płci pływów”.

Ale aby stworzyć półmetrowe wybrzuszenie w punkcie podksiężycowym, należy tutaj wydestylować dużą ilość wody. Ale powierzchnia Ziemi nie pozostaje w bezruchu, obraca się szybko w stosunku do kierunku Księżyca i Słońca, wykonując pełny obrót dziennie (a Księżyc powoli porusza się po orbicie - jeden obrót wokół Ziemi w prawie miesiąc ). Dlatego garb pływowy stale biegnie wzdłuż powierzchni oceanu, tak że stała powierzchnia Ziemi znajduje się pod wybrzuszeniem pływowym 2 razy dziennie i 2 razy pod obniżeniem poziomu oceanu podczas odpływu. Oszacowanie: 40 tysięcy kilometrów (długość ziemskiego równika) dziennie, czyli 463 metry na sekundę. Oznacza to, że ta półmetrowa fala, niczym mini-tsunami, z prędkością ponaddźwiękową dociera do wschodnich wybrzeży kontynentów w pobliżu równika. Na naszych szerokościach geograficznych prędkość dochodzi do 250-300 m/s - też całkiem sporo: choć fala nie jest bardzo wysoka, to dzięki bezwładności potrafi stworzyć świetny efekt.

Drugim obiektem pod względem skali oddziaływania na Ziemię jest Słońce. Jest 400 razy dalej od nas niż Księżyc, ale 27 milionów razy masywniej. Dlatego efekty Księżyca i Słońca są porównywalne pod względem wielkości, chociaż Księżyc nadal działa nieco silniej: grawitacyjny efekt pływowy Słońca jest o połowę słabszy niż Księżyca. Czasami ich wpływ jest sumowany: dzieje się tak podczas nowiu, gdy Księżyc przechodzi na tle Słońca, oraz podczas pełni, gdy Księżyc znajduje się po przeciwnej stronie niż Słońce. W dzisiejszych czasach – kiedy Ziemia, Księżyc i Słońce ustawiają się w jednej linii, co zdarza się co dwa tygodnie – całkowity efekt pływów jest półtora raza większy niż z samego Księżyca. Tydzień później Księżyc mija jedną czwartą swojej orbity i okazuje się, że jest w kwadraturze ze Słońcem (kąt prosty między kierunkami na nich), a następnie ich wpływy wzajemnie się osłabiają. Średnio wysokość pływów na otwartym morzu waha się od ćwierć metra do 75 centymetrów.

Pływy są znane żeglarzom od dawna. Co robi kapitan, gdy statek osiada na mieliźnie? Jeśli czytaliście morskie powieści przygodowe, to wiecie, że od razu patrzy na to, w jakiej fazie jest księżyc i czeka na następną pełnię lub nów. Wtedy maksymalny przypływ może unieść statek i wypłynąć.

Problemy i funkcje przybrzeżne

Pływy są szczególnie ważne dla pracowników portowych i marynarzy, którzy zamierzają wprowadzić swój statek do lub z portu. Z reguły problem płytkiej wody występuje w pobliżu wybrzeża i aby nie przeszkadzał w ruchu statków, podwodne kanały - sztuczne tory wodne - są przebijane, aby dostać się do zatoki. Ich głębokość powinna uwzględniać wysokość maksymalnego odpływu.

Jeśli spojrzymy na wysokość pływów w pewnym momencie i narysujemy na mapie linie o równej wysokości wody, otrzymamy koncentryczne okręgi wyśrodkowane w dwóch punktach (podksiężycowym i przeciwksiężycowym), w których przypływ jest maksymalny. Gdyby płaszczyzna orbity Księżyca pokrywała się z płaszczyzną równika Ziemi, wówczas punkty te zawsze poruszałyby się wzdłuż równika i wykonywałyby pełny obrót w ciągu jednego dnia (dokładniej w 24ʰ 50ᵐ 28ˢ). Jednak Księżyc nie porusza się w tej płaszczyźnie, ale w pobliżu płaszczyzny ekliptyki, w stosunku do której równik jest nachylony pod kątem 23,5 stopnia. Dlatego punkt podksiężycowy „chodzi” również na szerokości geograficznej. Tak więc w tym samym porcie (czyli na tej samej szerokości geograficznej) wysokość maksymalnego przypływu, który powtarza się co 12,5 godziny, zmienia się w ciągu dnia w zależności od orientacji Księżyca względem równika ziemskiego.

Ten „drobiazg” jest ważny dla teorii pływów. Spójrzmy jeszcze raz: Ziemia obraca się wokół własnej osi, a płaszczyzna orbity Księżyca jest do niej nachylona. Dlatego każdy port morski „obiega” w ciągu dnia wokół bieguna Ziemi, raz wpadając w rejon największego przypływu, a po 12,5 godzinach – ponownie w rejon przypływu, ale słabszego. Tych. dwa przypływy w ciągu dnia nie mają równej wysokości. Jeden jest zawsze większy od drugiego, ponieważ płaszczyzna orbity Księżyca nie leży w płaszczyźnie równika Ziemi.

Dla mieszkańców wybrzeża wpływ pływów ma kluczowe znaczenie. Na przykład we Francji jest, która jest połączona z lądem drogą asfaltową położoną wzdłuż dna cieśniny. Na wyspie mieszka wielu ludzi, ale nie mogą korzystać z tej drogi, gdy poziom morza jest wysoki. Tą drogą można przejechać tylko dwa razy dziennie. Ludzie podjeżdżają i czekają na odpływ, kiedy poziom wody opadnie i droga stanie się przejezdna. Ludzie podróżują na wybrzeże do iz pracy, korzystając ze specjalnej tabeli pływów, która jest publikowana dla każdej miejscowości na wybrzeżu. Jeśli to zjawisko nie zostanie uwzględnione, woda po drodze może przytłoczyć pieszego. Turyści po prostu tam przyjeżdżają i spacerują, aby spojrzeć na dno morza, gdy nie ma wody. W tym samym czasie okoliczni mieszkańcy zbierają coś z dna, czasem nawet na jedzenie, tj. w rzeczywistości efekt ten karmi ludzi.

Życie wyszło z oceanu dzięki przypływom i odpływom. Niektóre zwierzęta przybrzeżne wylądowały na piasku w wyniku odpływu i zostały zmuszone do nauczenia się oddychania tlenem bezpośrednio z atmosfery. Gdyby nie było Księżyca, być może życie nie wychodziłoby z oceanu tak aktywnie, ponieważ jest tam dobre pod każdym względem - termostatowane środowisko, nieważkość. Ale jeśli nagle wylądowałeś na brzegu, musiałeś jakoś przeżyć.

Wybrzeże, zwłaszcza jeśli jest płaskie, jest silnie odsłonięte podczas odpływu. I na jakiś czas ludzie tracą możliwość korzystania ze swoich jednostek pływających, leżąc bezradnie jak wieloryby na brzegu. Ale jest w tym coś przydatnego, ponieważ odpływ można wykorzystać do naprawy statków, zwłaszcza w jakiejś zatoce: łodzie popłynęły, potem woda odeszła, a można je w tym czasie naprawić.

Na przykład jest taka zatoka Fundy na wschodnim wybrzeżu Kanady, o której mówi się, że mają najwyższe pływy na świecie: różnica poziomów wody może dochodzić do 16 metrów, co jest uważane za rekord przypływu morskiego na Ziemi. Żeglarze przystosowali się do tej właściwości: podczas przypływu doprowadzają statek do brzegu, wzmacniają go, a gdy woda odchodzi, statek wisi, a dno można uszczelnić.

Od czasów starożytnych ludzie zaczęli śledzić i regularnie rejestrować momenty i charakterystykę przypływów, aby nauczyć się przewidywać to zjawisko. wkrótce wynaleziono miernik pływów- urządzenie, w którym pływak porusza się w górę i w dół w zależności od poziomu morza, a odczyty są automatycznie rysowane na papierze w formie wykresu. Nawiasem mówiąc, środki pomiaru niewiele się zmieniły od momentu pierwszych obserwacji do dnia dzisiejszego.

Na podstawie dużej liczby zapisów hydrograficznych matematycy próbują stworzyć teorię przypływów. Jeśli masz długoterminowy zapis procesu okresowego, możesz go rozłożyć na elementarne harmoniczne - sinusoidy o różnych amplitudach z wieloma okresami. Następnie, po ustaleniu parametrów harmonicznych, wydłuż krzywą całkowitą w przyszłość i na tej podstawie sporządź tablice pływów. Teraz takie tabele są publikowane dla każdego portu na Ziemi, a każdy kapitan, który ma wejść do portu, bierze dla niego stolik i widzi, kiedy jest wystarczający poziom wody dla jego statku.

Najsłynniejsza historia związana z obliczeniami prognostycznymi wydarzyła się podczas II wojny światowej: w 1944 roku nasi sojusznicy - Brytyjczycy i Amerykanie - zamierzali otworzyć drugi front przeciwko nazistowskim Niemcom, w tym celu konieczne było lądowanie na francuskim wybrzeżu. Północne wybrzeże Francji jest pod tym względem bardzo nieprzyjemne: wybrzeże jest strome, wysokie na 25-30 metrów, a dno oceanu jest dość płytkie, przez co statki mogą podpływać do wybrzeża tylko w okresach największego przypływu. Gdyby osiedlili się na mieliźnie, zostaliby po prostu zastrzeleni z armat. Aby tego uniknąć, stworzono specjalny komputer mechaniczny (elektroniczny nie był jeszcze dostępny). Przeprowadziła analizę Fouriera szeregów czasowych poziomu morza za pomocą bębnów obracających się z różnymi prędkościami, przez które przechodził metalowy kabel, który podsumowywał wszystkie wyrazy szeregu Fouriera, a pióro podłączone do kabla wypisywało wykres wysokości pływu w funkcji czas. Była to ściśle tajna praca, która znacznie rozwinęła teorię przypływów, ponieważ można było przewidzieć z wystarczającą dokładnością moment największego przypływu, dzięki któremu ciężkie wojskowe statki transportowe przepłynęły kanał La Manche i wylądowały wojska na wybrzeżu. Tak więc matematycy i geofizycy uratowali życie wielu ludziom.

Niektórzy matematycy próbują uogólniać dane w skali planetarnej, próbując stworzyć jednolitą teorię pływów, ale trudno jest porównywać zapisy dokonane w różnych miejscach, ponieważ Ziemia jest bardzo nieregularna. Tylko w zerowym przybliżeniu jeden ocean pokrywa całą powierzchnię planety, ale w rzeczywistości są kontynenty i kilka luźno połączonych oceanów, a każdy ocean ma swoją własną częstotliwość naturalnych oscylacji.

Poprzednie dyskusje na temat wahań poziomu mórz pod wpływem Księżyca i Słońca dotyczyły otwartych przestrzeni oceanicznych, gdzie przyspieszenie pływów różni się znacznie w zależności od wybrzeża. A w lokalnych zbiornikach wodnych - na przykład jeziorach - czy przypływ może wywołać zauważalny efekt?

Wydawałoby się, że tak nie powinno być, ponieważ we wszystkich punktach jeziora przyspieszenie pływów jest w przybliżeniu takie samo, różnica jest niewielka. Na przykład w centrum Europy znajduje się Jezioro Genewskie, ma tylko około 70 km długości i nie ma nic wspólnego z oceanami, ale ludzie od dawna zauważyli, że występują tam znaczne dzienne wahania wody. Dlaczego powstają?

Tak, siła pływowa jest bardzo mała. Ale najważniejsze, że jest regularny, tj. działa okresowo. Wszyscy fizycy są świadomi efektu, który pod okresowym działaniem siły powoduje czasami zwiększoną amplitudę oscylacji. Na przykład bierzesz miskę zupy w jadalni do dystrybucji i. Oznacza to, że częstotliwość twoich kroków jest w rezonansie z naturalnymi wibracjami cieczy w płycie. Widząc to, gwałtownie zmieniamy tempo marszu – a zupa „uspokaja się”. Każdy zbiornik wodny ma swoją własną podstawową częstotliwość rezonansową. Im większy rozmiar zbiornika, tym niższa częstotliwość naturalnych oscylacji cieczy w nim. Tak więc w pobliżu Jeziora Genewskiego jego własna częstotliwość rezonansowa okazała się wielokrotnością częstotliwości pływów, a niewielki wpływ pływów „rozmywa” Jezioro Genewskie, tak że poziom zmienia się dość zauważalnie na jego brzegach. Te fale stojące o długim okresie, które występują w zamkniętych zbiornikach wodnych, nazywane są Sesze.

Energia pływów

Obecnie próbują połączyć jedno z alternatywnych źródeł energii z efektem pływów. Jak powiedziałem, głównym skutkiem przypływów nie jest to, że woda podnosi się i opada. Głównym efektem jest prąd pływowy, który destyluje wodę wokół całej planety w ciągu jednego dnia.

W płytkich miejscach ten efekt jest bardzo ważny. W rejonie Nowej Zelandii kapitanowie nie ryzykują nawet prowadzenia statków przez jakieś cieśniny. Żaglówki nigdy nie były w stanie tamtędy przepływać, a współczesne statki mają trudności z przepływaniem, ponieważ dno jest płytkie, a prądy pływowe mają ogromną prędkość.

Ale ponieważ woda płynie, można wykorzystać tę energię kinetyczną. A elektrownie zostały już zbudowane, w których turbiny obracają się tam iz powrotem z powodu prądów pływowych i odpływowych. Są dość funkcjonalne. Pierwsza elektrownia pływowa (TPP) powstała we Francji, do dziś jest największą na świecie, o mocy 240 MW. W porównaniu z elektrownią wodną nie jest oczywiście tak gorąco, ale obsługuje najbliższe tereny wiejskie.

Im bliżej bieguna, tym mniejsza prędkość fali pływowej, więc w Rosji nie ma wybrzeży, które miałyby bardzo silne pływy. Generalnie ujścia do morza mamy mało, a wybrzeże Oceanu Arktycznego nie jest szczególnie opłacalne do wykorzystania energii pływów, także dlatego, że pływy kierują wodę ze wschodu na zachód. Ale wciąż istnieją miejsca odpowiednie dla PES, na przykład Zatoka Kislaya.

Faktem jest, że w zatokach przypływ zawsze wywołuje większy efekt: fala wpada, wpada do zatoki i zwęża się, zwęża - a amplituda wzrasta. Podobny proces przebiega tak, jak przy łamaniu bicza: najpierw długa fala powoli przemieszcza się wzdłuż bicza, ale potem masa części bicza biorącej udział w ruchu maleje, więc prędkość wzrasta (pęd mv nie ustępuje!) i osiąga naddźwiękowe w kierunku wąskiego końca, w wyniku czego słyszymy kliknięcie.

Tworząc eksperymentalny Kislogubskaya TPP o małej pojemności, inżynierowie energetycy próbowali zrozumieć, jak efektywnie można wykorzystać pływy na okołobiegunowych szerokościach geograficznych do wytwarzania energii elektrycznej. Nie ma to szczególnego znaczenia ekonomicznego. Jednak teraz jest projekt bardzo potężnego rosyjskiego TPP (Mezenskaya) - na 8 gigawatów. Aby osiągnąć tę kolosalną moc, konieczne jest zablokowanie dużej zatoki, oddzielającej zaporą Morze Białe od Morza Barentsa. To prawda, że ​​jest wysoce wątpliwe, czy tak się stanie, dopóki mamy ropę i gaz.

Przeszłość i przyszłość pływów

Swoją drogą, skąd bierze się energia pływów? Turbina się obraca, wytwarza się prąd, a jaki obiekt traci energię w tym procesie?

Skoro energia przypływu jest ruchem obrotowym Ziemi, skoro z niej czerpiemy, oznacza to, że obrót musi zwolnić. Wydawać by się mogło, że Ziemia ma wewnętrzne źródła energii (ciepło z jelit pochodzi z procesów geochemicznych i rozpadu pierwiastków promieniotwórczych), jest coś, co kompensuje utratę energii kinetycznej. To prawda, ale przepływ energii, rozchodzący się przeciętnie prawie równomiernie we wszystkich kierunkach, nie może znacząco wpłynąć na moment pędu i zmienić obrót.

Gdyby Ziemia się nie obracała, garby pływowe patrzyłyby dokładnie w kierunku Księżyca i przeciwnie do niego. Ale obracając się, ciało Ziemi przenosi je do przodu w kierunku swojego obrotu - i istnieje stała rozbieżność między szczytem pływów a punktem podksiężycowym wynoszącym 3-4 stopnie. Do czego to prowadzi? Garb, który jest bliżej księżyca, jest do niego silniej przyciągany. Ta siła grawitacji ma tendencję do spowalniania obrotu Ziemi. A przeciwległy garb jest dalej od Księżyca, próbuje przyspieszyć obrót, ale jest słabiej przyciągany, więc wypadkowy moment sił ma wpływ na spowolnienie obrotu Ziemi.

Tak więc nasza planeta cały czas zmniejsza prędkość swojego obrotu (choć nie całkiem regularnie, w skokach, co wiąże się ze specyfiką przenoszenia masy w oceanach i atmosferze). A jaki wpływ mają pływy ziemskie na Księżyc? Bliskie wybrzuszenie pływowe ciągnie Księżyc, odległe przeciwnie, spowalnia go. Pierwsza siła jest większa, w wyniku czego księżyc przyspiesza. A teraz przypomnijcie sobie z poprzedniego wykładu, co dzieje się z satelitą, który jest siłą ciągnięty do przodu w ruchu? Gdy jego energia wzrasta, oddala się od planety, a jego prędkość kątowa maleje wraz ze wzrostem promienia orbity. Nawiasem mówiąc, wzrost okresu obiegu Księżyca wokół Ziemi zauważono już w czasach Newtona.

Mówiąc w liczbach, Księżyc oddala się od nas o około 3,5 cm rocznie, a długość ziemskiego dnia co sto lat wydłuża się o jedną setną sekundy. Wydaje się to nonsensem, ale pamiętaj, że Ziemia istnieje od miliardów lat. Łatwo obliczyć, że w czasach dinozaurów doba miała około 18 godzin (oczywiście aktualne).

Gdy Księżyc się oddala, siły pływowe stają się mniejsze. Ale w końcu zawsze się oddalał, a jeśli spojrzymy w przeszłość, zobaczymy, że Księżyc był kiedyś bliżej Ziemi, co oznacza, że ​​​​pływy były wyższe. Można oszacować na przykład, że w epoce archaiku, 3 miliardy lat temu, przypływy miały kilometrową wysokość.

Zjawiska pływowe na innych planetach

Oczywiście w systemach innych planet te same zjawiska zachodzą w przypadku satelitów. Na przykład Jowisz jest bardzo masywną planetą z dużą liczbą księżyców. Jego cztery największe satelity (nazywane są Galilejczykami, ponieważ odkrył je Galileo) są pod dość namacalnym wpływem Jowisza. Najbliższy z nich, Io, jest całkowicie pokryty wulkanami, wśród których aktywnych jest ponad pięćdziesiąt, i wyrzucają „dodatkową” materię 250-300 km w górę. To odkrycie było bardzo nieoczekiwane: na Ziemi nie ma tak potężnych wulkanów, a oto małe ciało wielkości Księżyca, które powinno ostygnąć przez długi czas, ale zamiast tego pęka od ciepła we wszystkich kierunkach. Gdzie jest źródło tej energii?

Aktywność wulkaniczna Io nie była dla wszystkich zaskoczeniem: sześć miesięcy przed lotem pierwszej sondy do Jowisza dwóch amerykańskich geofizyków opublikowało artykuł, w którym obliczyli pływowy wpływ Jowisza na tego satelitę. Okazało się, że jest tak duży, że może zdeformować korpus satelity. A podczas odkształcenia ciepło jest zawsze uwalniane. Kiedy bierzemy kawałek zimnej plasteliny i zaczynamy ją ugniatać w dłoniach, po kilku ściśnięciach staje się ona miękka i giętka. Dzieje się tak nie dlatego, że ręka ogrzała ją swoim ciepłem (tak samo stanie się, gdy spłaszczy się ją w zimnym imadle), ale dlatego, że odkształcenie włożyło w nią energię mechaniczną, która zamienia się w ciepło.

Ale dlaczego, u licha, kształt satelity zmienia się pod wpływem przypływów z Jowisza? Wydawałoby się, że poruszając się po orbicie kołowej i obracając się synchronicznie, jak nasz Księżyc, stał się kiedyś elipsoidą – i nie ma powodu do późniejszych zniekształceń kształtu? Jednak w pobliżu Io znajdują się inne satelity; wszystkie powodują, że jego orbita (Io) porusza się trochę tam iz powrotem: albo zbliża się do Jowisza, potem się oddala. Oznacza to, że wpływ pływów albo słabnie, albo się nasila, a kształt ciała cały czas się zmienia. Nawiasem mówiąc, nie mówiłem jeszcze o przypływach w stałym ciele Ziemi: one oczywiście również istnieją, nie są tak wysokie, rzędu decymetra. Jeśli siedzisz przez sześć godzin na swoich miejscach, to dzięki przypływom „przejdziesz” około dwudziestu centymetrów względem środka Ziemi. Ta fluktuacja jest oczywiście niezauważalna dla człowieka, ale instrumenty geofizyczne ją rejestrują.

W przeciwieństwie do firmamentu Ziemi, powierzchnia Io waha się z amplitudą wielu kilometrów dla każdego okresu orbitalnego. Duża ilość energii odkształcenia jest rozpraszana w postaci ciepła i ogrzewa jelita. Nawiasem mówiąc, nie widać na nim kraterów po meteorytach, ponieważ wulkany nieustannie obsypują całą powierzchnię świeżą materią. Gdy tylko powstanie krater uderzeniowy, za sto lat pokrywają go produkty erupcji sąsiednich wulkanów. Działają nieprzerwanie i bardzo silnie, do tego dochodzą uskoki w skorupie planety, przez które z głębin przepływa wytop różnych minerałów, głównie siarki. W wysokich temperaturach ciemnieje, więc dżet z krateru wygląda na czarny. A jasna krawędź wulkanu to schłodzona substancja, która opada wokół wulkanu. Na naszej planecie materia wyrzucana z wulkanu jest zwykle hamowana przez powietrze i opada blisko otworu wentylacyjnego, tworząc stożek, ale na Io nie ma atmosfery i leci po trajektorii balistycznej daleko we wszystkich kierunkach. Być może jest to przykład najpotężniejszego efektu pływowego w Układzie Słonecznym.

Drugi satelita Jowisza, Europa, wygląda jak nasza Antarktyda, jest pokryty solidną skorupą lodową, miejscami popękaną, bo też ją ciągle deformuje. Ponieważ ten satelita znajduje się dalej od Jowisza, efekt pływów nie jest tutaj tak silny, ale wciąż dość zauważalny. Pod tą lodową skorupą znajduje się płynny ocean: zdjęcia pokazują, jak fontanny tryskają z niektórych pęknięć. Pod działaniem sił pływowych ocean wrze, a pola lodowe unoszą się i zderzają na jego powierzchni, podobnie jak w Oceanie Arktycznym i u wybrzeży Antarktydy. Zmierzone przewodnictwo elektryczne płynu oceanicznego Europy wskazuje, że jest to słona woda. Dlaczego nie miałoby istnieć życie? Kuszące byłoby opuszczenie urządzenia do jednej ze szczelin i zobaczenie, kto tam mieszka.

W rzeczywistości nie wszystkie planety wiążą koniec z końcem. Na przykład Enceladus, księżyc Saturna, również ma lodową skorupę i ocean pod spodem. Ale obliczenia pokazują, że energia pływów nie wystarcza do utrzymania oceanu subglacjalnego w stanie ciekłym. Oczywiście oprócz pływów każde ciało niebieskie ma inne źródła energii - na przykład rozkładające się pierwiastki radioaktywne (uran, tor, potas), ale na małych planetach raczej nie mogą odgrywać znaczącej roli. Jest więc coś, czego jeszcze nie rozumiemy.

Efekt pływów jest niezwykle ważny dla gwiazd. Dlaczego - o tym w następnym wykładzie.

MOSKWA PAŃSTWOWY UNIWERSYTET INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Esej na temat „nauk o ziemi”

Motyw: "Odpływ i przypływ"

Zakończony:

Grupa studencka H-30

Tsvetkov E.N.

Sprawdzone:

Petrova I.F.

Moskwa, 2003

Główną częścią…………………………………………………….
Definicja..……………......……………………………...
Istota zjawiska ………………………………………………………………………...
Zmiana w czasie ………………………………………
Rozmieszczenie i skala manifestacji ………………...
Mity i legendy …………………………………………….
Historia badań ………………………………………
Konsekwencje dla środowiska ……………………………
Wpływ na działalność gospodarczą …………………
Wpływ człowieka na ten proces …………………….
Możliwość prognozowania i sterowania …………….
Bibliografia………………………………………………..

Definicja.

Odpływ i przypływ, okresowe wahania poziomu wody (wzloty i spadki) w obszarach wodnych na Ziemi, które są spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca i Słońca działającym na obracającą się Ziemię. Wszystkie duże obszary wodne, w tym oceany, morza i jeziora, podlegają w mniejszym lub większym stopniu pływom, chociaż na jeziorach są one małe.

Najwyższy poziom wody obserwowany w ciągu doby lub pół dnia podczas przypływu nazywany jest przypływem, najniższy poziom podczas odpływu nazywany jest odpływem, a moment osiągnięcia tych znaków granicznych nazywany jest odpowiednio stojącym (lub etapem) wysokim przypływ lub odpływ. Średni poziom morza jest wartością warunkową, powyżej której znaki poziomu znajdują się podczas przypływów, a poniżej - podczas odpływów. Jest to wynikiem uśredniania dużych serii pilnych obserwacji. Średnia wysokość przypływu (lub odpływu) to średnia wartość obliczona z dużej serii danych dotyczących poziomów przypływu lub odpływu. Oba te środkowe poziomy są powiązane z lokalnym towarem.

Pionowe wahania poziomu wody podczas przypływów i odpływów są związane z poziomymi ruchami mas wody w stosunku do wybrzeża. Procesy te komplikują gwałtowne wiatry, spływ rzek i inne czynniki. Poziome ruchy mas wody w strefie przybrzeżnej nazywane są prądami pływowymi (lub pływowymi), podczas gdy pionowe wahania poziomu wody nazywane są odpływami i odpływami. Wszystkie zjawiska związane z przypływami i odpływami charakteryzują się okresowością. Prądy pływowe okresowo odwracają kierunek, podczas gdy prądy oceaniczne, poruszające się w sposób ciągły i jednokierunkowy, wynikają z ogólnej cyrkulacji atmosfery i pokrywają duże przestrzenie otwartego oceanu.

Podczas okresów przejściowych od przypływu do odpływu i odwrotnie, trudno jest ustalić trend prądu pływowego. W tym czasie (nie zawsze zbiegającym się z przypływem lub odpływem) mówi się, że woda „zatrzymuje się”.

Przypływy i odpływy zmieniają się cyklicznie, zgodnie ze zmieniającymi się warunkami astronomicznymi, hydrologicznymi i meteorologicznymi. Kolejność faz pływów wyznaczają dwa maksima i dwa minima w przebiegu dobowym.

Istota zjawiska.

Chociaż Słońce odgrywa znaczącą rolę w procesach pływowych, decydującym czynnikiem w ich rozwoju jest siła przyciągania grawitacyjnego Księżyca. Stopień oddziaływania sił pływowych na każdą cząsteczkę wody, niezależnie od jej położenia na powierzchni ziemi, określa prawo powszechnego ciążenia Newtona. Prawo to mówi, że dwie cząstki materii przyciągają się siłą, która jest wprost proporcjonalna do iloczynu mas obu cząstek i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Oznacza to, że im większa masa ciał, tym większa siła wzajemnego przyciągania się między nimi (przy tej samej gęstości mniejsze ciało wytworzy mniejsze przyciąganie niż większe). Prawo oznacza również, że im większa odległość między dwoma ciałami, tym mniejsze przyciąganie między nimi. Ponieważ siła ta jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między dwoma ciałami, współczynnik odległości odgrywa znacznie większą rolę w określaniu wielkości siły pływowej niż masy ciał.

Przyciąganie grawitacyjne Ziemi, działające na Księżyc i utrzymujące go na orbicie okołoziemskiej, jest przeciwne do siły przyciągania Ziemi przez Księżyc, który ma tendencję do przesuwania Ziemi w kierunku Księżyca i „podnoszenia” wszystkich obiektów na Ziemię w kierunku Księżyca. Punkt na powierzchni Ziemi, położony bezpośrednio pod Księżycem, znajduje się zaledwie 6400 km od środka Ziemi i średnio 386 063 km od środka Księżyca. Ponadto masa Ziemi jest 81,3 razy większa od masy Księżyca. Tak więc w tym punkcie powierzchni Ziemi przyciąganie Ziemi działające na dowolny obiekt jest około 300 tysięcy razy większe niż przyciąganie Księżyca. Powszechnie uważa się, że woda na Ziemi, bezpośrednio pod Księżycem, unosi się w kierunku Księżyca, powodując odpływ wody z innych miejsc na powierzchni Ziemi, jednak ponieważ przyciąganie Księżyca jest tak małe w porównaniu z przyciąganiem Ziemi, nie wystarczyłoby do podniesienia tak ogromnego ciężaru.

Jednak oceany, morza i duże jeziora na Ziemi, będąc dużymi ciałami płynnymi, mogą swobodnie poruszać się pod wpływem siły przemieszczenia bocznego, a każda niewielka tendencja do ścinania w poziomie wprawia je w ruch. Wszystkie wody, które nie znajdują się bezpośrednio pod Księżycem, podlegają działaniu składowej siły grawitacji Księżyca skierowanej stycznie (stycznie) do powierzchni ziemi, a także jej składowej skierowanej na zewnątrz i podlegają poziomemu przemieszczeniu względem ciała stałego skorupa Ziemska. W rezultacie następuje przepływ wody z sąsiednich obszarów powierzchni ziemi w kierunku miejsca pod księżycem. Wynikające z tego nagromadzenie wody w punkcie pod Księżycem tworzy tam przypływ. Rzeczywista fala pływowa na otwartym oceanie ma wysokość zaledwie 30–60 cm, ale znacznie wzrasta, gdy zbliża się do wybrzeży kontynentów lub wysp.

Z powodu ruchu wody z sąsiednich regionów w kierunku punktu pod Księżycem, odpowiednie wypływy wody występują w dwóch innych oddalonych od niego punktach w odległości równej jednej czwartej obwodu Ziemi. Warto zauważyć, że obniżeniu poziomu oceanów w tych dwóch punktach towarzyszy wzrost poziomu mórz nie tylko po stronie Ziemi zwróconej w stronę Księżyca, ale także po przeciwnej stronie. Fakt ten wyjaśnia również prawo Newtona. Dwa lub więcej obiektów znajdujących się w różnych odległościach od tego samego źródła grawitacji, a zatem poddanych przyspieszeniu grawitacyjnemu o różnej wielkości, porusza się względem siebie, ponieważ obiekt znajdujący się najbliżej środka ciężkości jest do niego najsilniej przyciągany. Woda w punkcie podksiężycowym jest silniej przyciągana do Księżyca niż Ziemia pod nim, ale z kolei Ziemia jest silniej przyciągana do Księżyca niż woda po przeciwnej stronie planety. W ten sposób powstaje fala pływowa, która po stronie Ziemi zwróconej w stronę Księżyca nazywana jest bezpośrednią, a po przeciwnej stronie nazywana jest odwróconą. Pierwszy z nich jest tylko o 5% wyższy od drugiego.

Ze względu na obrót Księżyca na orbicie wokół Ziemi, między dwoma kolejnymi przypływami lub dwoma odpływami w danym miejscu upływa około 12 godzin i 25 minut. Odstęp między kulminacjami kolejnych przypływów i odpływów wynosi ok. 6 godz. 12 min. Okres 24 godzin i 50 minut między dwoma kolejnymi przypływami nazywany jest dniem pływowym (lub księżycowym).

Nierówności pływów. Procesy pływowe są bardzo złożone, więc aby je zrozumieć, należy wziąć pod uwagę wiele czynników. W każdym razie główne cechy zostaną określone przez: 1) etap rozwoju pływów w stosunku do przejścia Księżyca; 2) amplituda pływu oraz 3) rodzaj wahań pływów lub kształt krzywej poziomu wody. Liczne zmiany kierunku i wielkości sił pływowych powodują różnice w wielkości pływów porannych i wieczornych w danym porcie, a także pomiędzy tymi samymi pływami w różnych portach. Różnice te nazywane są nierównościami pływów.

półtrwały efekt. Zwykle w ciągu dnia, w wyniku działania głównej siły pływowej – obrotu Ziemi wokół własnej osi – powstają dwa pełne cykle pływowe. Patrząc z bieguna północnego ekliptyki, oczywiste jest, że Księżyc obraca się wokół Ziemi w tym samym kierunku, w którym Ziemia obraca się wokół własnej osi - przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Z każdym kolejnym obrotem ten punkt na powierzchni Ziemi ponownie zajmuje pozycję bezpośrednio pod Księżycem, nieco później niż podczas poprzedniego obrotu. Z tego powodu zarówno przypływy, jak i odpływy spóźniają się każdego dnia o około 50 minut. Ta wartość nazywana jest opóźnieniem księżycowym.

Półmiesięczna nierówność. Ten główny typ zmienności charakteryzuje się okresowością około 14 3/4 dnia, co jest związane z obrotem Księżyca wokół Ziemi i przechodzeniem kolejnych faz, w szczególności syzygii (now i pełni), tj. momenty, w których słońce, ziemia i księżyc znajdują się w jednej linii. Do tej pory zajmowaliśmy się tylko ruchem pływowym Księżyca. Pole grawitacyjne Słońca również oddziałuje na pływy, ale chociaż masa Słońca jest znacznie większa niż masa Księżyca, odległość Ziemi od Słońca jest o tyle większa niż odległość od Księżyca, że ​​siła pływowa Słońca jest mniejsza niż połowa Księżyca. Jednak gdy Słońce i Księżyc znajdują się na tej samej linii prostej, zarówno po tej samej stronie Ziemi, jak i po różnych stronach (podczas nowiu lub pełni), ich siły przyciągania sumują się, działając wzdłuż jednej osi, a przypływ słoneczny nakłada się na przypływ księżycowy. Podobnie przyciąganie Słońca zwiększa odpływ spowodowany wpływem Księżyca. W rezultacie pływy są wyższe, a pływy niższe, niż gdyby były spowodowane wyłącznie przyciąganiem księżyca. Takie przypływy nazywane są przypływami wiosennymi.

Kiedy wektory sił przyciągania Słońca i Księżyca są wzajemnie prostopadłe (podczas kwadratur, czyli gdy Księżyc jest w pierwszej lub ostatniej kwadrze), ich siły pływowe przeciwdziałają, ponieważ przypływ spowodowany przyciąganiem Słońca nakłada się na odpływ spowodowane przez Księżyc. W takich warunkach pływy nie są tak wysokie, a pływy nie są tak niskie, jak gdyby były spowodowane wyłącznie siłą grawitacyjną Księżyca. Takie pośrednie pływy nazywane są kwadraturami. Zasięg wysokich i niskich stanów wody jest w tym przypadku zmniejszony około trzykrotnie w porównaniu z przypływem wiosennym. Na Oceanie Atlantyckim zarówno pływy wiosenne, jak i kwadraturowe są zwykle spóźnione o jeden dzień w porównaniu z odpowiednią fazą księżyca. Na Oceanie Spokojnym takie opóźnienie wynosi tylko 5 h. W portach Nowego Jorku i San Francisco oraz w Zatoce Meksykańskiej pływy wiosenne są o 40% wyższe niż kwadraturowe.

księżycowy Okres wahań wysokości pływów, który występuje z powodu paralaksy księżycowej, wynosi 27 1/2 dnia. Przyczyną tej nierówności jest zmiana odległości Księżyca od Ziemi podczas obrotu tej ostatniej. Ze względu na eliptyczny kształt orbity Księżyca siła pływowa Księżyca jest o 40% większa w perygeum niż w apogeum. To obliczenie jest ważne dla portu w Nowym Jorku, gdzie efekt księżyca w apogeum lub perygeum jest zwykle opóźniony o około 1 1/2 dnia w stosunku do odpowiedniej fazy księżyca. W przypadku portu w San Francisco różnica wysokości pływów spowodowana perygeum lub apogeum księżyca wynosi tylko 32% i następuje po odpowiednich fazach księżyca z dwudniowym opóźnieniem.

codzienna nierówność. Okres tej nierówności wynosi 24 godziny 50 minut. Przyczyną jego występowania jest obrót Ziemi wokół własnej osi oraz zmiana deklinacji Księżyca. Kiedy Księżyc znajduje się w pobliżu równika niebieskiego, dwa przypływy danego dnia (a także dwa odpływy) niewiele się różnią, a wysokości porannego i wieczornego przypływu i odpływu są bardzo zbliżone. Jednak wraz ze wzrostem północnej lub południowej deklinacji Księżyca, poranne i wieczorne pływy tego samego typu różnią się wysokością, a kiedy Księżyc osiąga największą deklinację północną lub południową, różnica ta jest największa. Znane są również pływy tropikalne, zwane tak, ponieważ Księżyc znajduje się prawie nad północnymi lub południowymi tropikami.

Nierówność dobowa nie wpływa znacząco na wysokości dwóch kolejnych odpływów w Oceanie Atlantyckim, a nawet jej wpływ na wysokości przypływów jest niewielki w porównaniu z ogólną amplitudą oscylacji. Jednak na Oceanie Spokojnym nieregularność dobowa przejawia się w poziomach odpływów trzy razy częściej niż w poziomach przypływów.

Nierówność półroczna. Jego przyczyną jest obrót Ziemi wokół Słońca i odpowiadająca mu zmiana deklinacji Słońca. Dwa razy w roku, przez kilka dni podczas równonocy, Słońce znajduje się w pobliżu równika niebieskiego, tj. jego deklinacja jest bliska 0. Księżyc znajduje się również w pobliżu równika niebieskiego mniej więcej w ciągu dnia co dwa tygodnie. Tak więc podczas równonocy są okresy, w których deklinacja zarówno Słońca, jak i Księżyca wynosi około 0. Całkowity efekt pływotwórczy przyciągania tych dwóch ciał w takich momentach jest najbardziej zauważalny na obszarach położonych w pobliżu równika ziemskiego. Jeśli w tym samym czasie Księżyc jest w fazie nowiu lub pełni, tzw. równonocne pływy wiosenne.

słoneczny nierówność paralaksy. Okres manifestacji tej nierówności wynosi jeden rok. Jego przyczyną jest zmiana odległości Ziemi od Słońca w procesie ruchu orbitalnego Ziemi. Raz na każdy obrót wokół Ziemi Księżyc znajduje się w najmniejszej odległości od niej w perygeum. Raz w roku, około 2 stycznia, Ziemia poruszając się po swojej orbicie również osiąga punkt największego zbliżenia do Słońca (peryhelium). Kiedy te dwa momenty największego zbliżenia zbiegną się, powodując największą siłę pływową netto, można spodziewać się wyższych poziomów pływów i niższych poziomów pływów. Podobnie, jeśli przejście aphelium zbiega się z apogeum, występują mniejsze przypływy i płytsze odpływy.

Zmiana w czasie.

Zjawisko pływów nie zmieniło się w czasie, ponieważ ruch zarówno Księżyca, jak i Słońca pozostaje taki sam jak tysiąc lat temu - mianowicie ruch tych dwóch ciał niebieskich wpływa na pływy na Ziemi.

Dystrybucja i skala manifestacji.

Wielkość i charakter pływów w różnych częściach wybrzeża Oceanu Światowego zależą od konfiguracji brzegów, kąta nachylenia dna morskiego i wielu innych czynników. Najczęściej pojawiają się na otwartym wybrzeżu oceanu. Przenikanie fal pływowych do mórz śródlądowych jest trudne, dlatego amplituda pływów w nich jest niewielka.

Wąskie, płytkie Cieśniny Duńskie niezawodnie chronią Morze Bałtyckie przed przypływami. Z obliczeń teoretycznych wynika, że ​​amplituda wahań poziomu wody w Bałtyku wynosi około 10 centymetrów, ale prawie niemożliwe jest zaobserwowanie tych przypływów, ponieważ są one całkowicie niwelowane przez wahania poziomu wody pod wpływem wiatru lub zmiany ciśnienia atmosferycznego. Jeszcze bardziej niezawodnie chronione przed falą pływową są nasze morza południowe - Czarne i Azowskie, które łączą się z wodami Oceanu Światowego przez szereg wąskich cieśnin oraz z wewnętrznymi morzami Egejskim i Śródziemnym. Jeśli różnica poziomów wody podczas przypływu i odpływu na atlantyckim wybrzeżu Hiszpanii w pobliżu Gibraltaru sięgała 3 metrów, to na Morzu Śródziemnym w pobliżu cieśniny wynosi tylko 1,3 metra. W innych częściach morza pływy są jeszcze mniej znaczące i zwykle nie przekraczają 0,5 metra. Na Morzu Egejskim, w Bosforze i Dardanelach fala pływowa słabnie jeszcze bardziej. Dlatego w Morzu Czarnym wahania poziomu wody pod wpływem pływów są mniejsze niż 10 centymetrów. Na Morzu Azowskim, połączonym z Morzem Czarnym jedynie wąską Cieśniną Kerczeńską, amplituda pływów jest bliska zeru.

Z tego samego powodu pływy są również bardzo małe na Morzu Japońskim - tutaj osiągają zaledwie 0,5 metra.

Jeśli na morzach śródlądowych wielkość pływów zmniejsza się w porównaniu z otwartym wybrzeżem oceanu, to w zatokach i zatokach, które mają szerokie połączenie z oceanem, wzrasta. Fala pływowa wpływa swobodnie do takich zatok. Masy wody pędzą naprzód, ale powstrzymywane przez zwężające się brzegi i nie mające wyjścia, podnoszą się i zalewają ziemię na znaczną wysokość.

Przy wejściu do Morza Białego, w tzw. Lejku, pływy są prawie takie same jak na wybrzeżu Morza Barentsa, czyli wynoszą 4–5 metrów. Na przylądku Kanin Nos nie przekraczają nawet 3 metrów. Jednak wchodząc w stopniowo zwężający się Lejek Morza Białego, fala przypływu staje się coraz wyższa i wyższa w Zatoce Mezen osiąga już wysokość dziesięciu metrów.

Jeszcze bardziej znaczący jest wzrost poziomu wody w najbardziej wysuniętej na północ części Morza Ochockiego. Tak więc przy wejściu do Zatoki Szelichowskiej poziom morza podczas przypływu podnosi się do 4–5 metrów, w wierzchołkowej (najbardziej oddalonej od morza) części zatoki podnosi się do 9,5 metra, a w zatoce Penzhina osiąga prawie 13 metrów!

Pływy są bardzo wysokie w kanale La Manche. W języku angielskim jego wybrzeże w małej zatoce Lime Bay woda w syzygach podnosi się do 14,4 metra, aw języku francuskim, w pobliżu miejscowości Granville, nawet 15 metrów.

Pływy osiągają ekstremalne wartości w niektórych częściach atlantyckiego wybrzeża Kanady. W Cieśninie Frobishera (znajduje się przy wejściu do Cieśniny Hudsona) - 15,6 metra, aw Zatoce Fundy (w pobliżu granicy z USA) - aż 18 metrów.

Czasami wpływ pływów morskich widoczny jest również na rzekach. Fala pływowa dociera do obszaru ujścia z otwartych obszarów oceanu lub morza. W miarę zbliżania się do brzegu poziom podnosi się, a profil fali pływowej ulega deformacji pod wpływem zmniejszania się głębokości i cech konfiguracji wybrzeża. Na brzegu morza jego przednie zbocze staje się bardziej strome niż tylne. Od wybrzeża ujścia rzeki fala pływowa przenika do systemu koryt rzeki. Więcej słonej wody wzdłuż dna koryta rzeki, jak klin, szybko porusza się pod prąd. Zderzenie dwóch nadchodzących strumieni, morskiego i rzecznego, powoduje powstanie stromego wału, zwanego bora. W rzece Cantangjiang, która wpada do Morza Wschodniochińskiego na południe od Szanghaju, odwiert osiąga wysokość 7-8 metrów, a stromość fali wynosi 70 stopni. Ta straszna ściana wodna z prędkością 15 - 16 kilometrów na godzinę zamiata rzekę, zmywając brzegi i grożąc zatopieniem każdego statku, który nie schroni się na czas w spokojnym zaścianku. Amazonka, największa rzeka w Ameryce Południowej, słynie również z potężnych lasów. Tam fala o wysokości 5-6 metrów rozchodzi się w górę rzeki na trzy tysiące kilometrów od oceanu. Na Mekongu fale pływowe rozciągają się do 500 km, na Mississippi - do 400 km, na północnej Dźwinie - do 140 km. Przypływ przenosi słoną wodę do rzeki. Jednocześnie w ujściowym odcinku rzeki dochodzi do całkowitego lub częściowego wymieszania wód rzecznych i słonych wód morskich lub do stanu uwarstwionego, gdy obserwuje się wyraźną różnicę w zasoleniu wód powierzchniowych i głębinowych. Słona woda wnika do ujścia rzeki im dalej, im większa jest głębokość koryta i gęstość (zasolenie) wody morskiej oraz im mniejszy jest przepływ wody rzecznej.

INFORMACJE O PŁYWACH W NIEKTÓRYCHPORTY ŚWIATA
Port	Przerwa między przypływami		Średnia wysokość fali,m	Wysokość przypływu wiosennego, m
Cape Morris Jesep, Grenlandia, Dania
Reykjavik, Islandia
R. Coxoak, Cieśnina Hudsona, Kanada
St. John's, Nowa Fundlandia, Kanada
Barntcoe, Zatoka Fundy, Kanada
Portland Maine, Stany Zjednoczone
Boston Massachusetts, USA
Nowy Jork, szt. Nowy Jork, USA
Baltimore, szt. Maryland, Stany Zjednoczone
plaża Miami Floryda, USA
Galveston, szt. Teksas, USA
o. Maraka, Brazylia
Rio de Janeiro, Brazylia
Callao, Peru
Balboa, Panama
San Francisco, szt. Kalifornia, USA
Seattle, Waszyngton, USA
Nanaimo, Kolumbia Brytyjska, Kanada
Sitka, Alaska, Stany Zjednoczone
Wschód słońca, Cook Inlet, szt. Alaska, Stany Zjednoczone
Honolulu Hawaje, USA
Papeete, o Tahiti, Polinezja Francuska
Darwina, Australia
Melbourne, Australia
Rangun, Birma
Zanzibar, Tanzania
Kapsztad, Republika Południowej Afryki
Gibraltar, Vlad. Wielka Brytania
Granville, Francja
Leith, Wielka Brytania
Londyn, Wielka Brytania
Dover, Wielka Brytania
Avonmouth, Wielka Brytania
Ramseya, o Maine, Wielka Brytania
Oslo, Norwegia
Hamburg, Niemcy
* Dzienna amplituda pływów.

Mity i legendy.

Przez długi czas przyczyny uderzeń gorąca pozostawały niezrozumiałe. W czasach starożytnych wyjaśniano je oddechem bóstwa Oceanu żyjącego w morzu lub wynikiem oddechu planety. Poczyniono również inne fantastyczne założenia dotyczące natury pływów. (patrz także s. Historia badań)

Przypływy i odpływy to okresowe podnoszenie się i opadanie poziomu wody w oceanach i morzach. Dwa razy w ciągu dnia, w odstępie około 12 godzin i 25 minut, woda w pobliżu wybrzeża oceanu lub otwartego morza podnosi się i jeśli nie ma barier, czasami zalewa duże przestrzenie - jest to przypływ. Następnie woda opada i cofa się, odsłaniając dno - to jest odpływ. Dlaczego to się dzieje? Nawet starożytni ludzie myśleli o tym, zauważyli, że te zjawiska są związane z księżycem. Główną przyczynę przypływów po raz pierwszy wskazał I. Newton - jest to przyciąganie Ziemi przez Księżyc, a raczej różnica między przyciąganiem Księżyca całej Ziemi jako całości a jej powłoką wodną.

Przypływy i odpływy wyjaśnione przez teorię Newtona

Na przyciąganie Ziemi przez Księżyc składa się przyciąganie poszczególnych cząstek Ziemi przez Księżyc. Cząsteczki znajdujące się obecnie bliżej Księżyca są przez niego przyciągane silniej, a te bardziej odległe słabiej. Gdyby Ziemia była absolutnie stała, ta różnica w sile przyciągania nie odgrywałaby żadnej roli. Ale Ziemia nie jest ciałem absolutnie stałym, dlatego różnica sił przyciągania cząstek znajdujących się blisko powierzchni Ziemi i blisko jej środka (ta różnica nazywana jest siłą pływową) przemieszcza cząstki względem siebie, i Ziemia, a przede wszystkim jej powłoka wodna, jest zdeformowana.

W rezultacie po stronie zwróconej w stronę Księżyca i po przeciwnej stronie woda podnosi się, tworząc wypukłości pływowe i gromadzi się tam nadmiar wody. Z tego powodu poziom wody w innych przeciwległych punktach Ziemi w tym czasie spada - jest tu odpływ.

Gdyby Ziemia się nie obracała, a Księżyc pozostawał nieruchomy, to Ziemia wraz ze swoją powłoką wodną zawsze zachowywałaby ten sam wydłużony kształt. Ale Ziemia się obraca, a Księżyc okrąża Ziemię w około 24 godziny i 50 minut. W tym samym okresie wypukłości pływowe podążają za Księżycem i poruszają się po powierzchni oceanów i mórz ze wschodu na zachód. Ponieważ są dwa takie występy, fala pływowa przechodzi przez każdy punkt w oceanie dwa razy dziennie w odstępie około 12 godzin i 25 minut.

Dlaczego wysokość fali pływowej jest inna

Na otwartym oceanie woda podnosi się nieznacznie podczas przechodzenia fali pływowej: około 1 m lub mniej, co pozostaje prawie niezauważalne dla żeglarzy. Ale u wybrzeży nawet taki wzrost poziomu wody jest zauważalny. W zatokach i wąskich zatokach poziom wody podnosi się znacznie wyżej podczas przypływów, ponieważ wybrzeże uniemożliwia ruch fali pływowej i woda gromadzi się tutaj przez cały czas między odpływem a przypływem.

Największy przypływ (około 18 m) obserwuje się w jednej z zatok na wybrzeżu w Kanadzie. W Rosji najwyższe pływy (13 m) występują w zatokach Gizhiginskaya i Penzhinskaya Morza Ochockiego. Na morzach śródlądowych (np. Bałtyckim czy Czarnym) pływy są prawie niezauważalne, ponieważ masy wody poruszające się wraz z falą pływową oceanu nie mają czasu przedostać się do takich mórz. Ale mimo to w każdym morzu, a nawet jeziorze, z niewielką masą wody powstają niezależne fale pływowe. Na przykład wysokość przypływów na Morzu Czarnym sięga zaledwie 10 cm.

Na tym samym obszarze wysokość przypływu jest inna, ponieważ odległość od Księżyca do Ziemi i największa wysokość Księżyca nad horyzontem zmieniają się w czasie, a to prowadzi do zmiany wielkości sił tworzących przypływ .

Pływy i Słońce

Słońce wpływa również na pływy. Ale siły pływowe Słońca są 2,2 razy mniejsze niż siły pływowe Księżyca. Podczas nowiu i pełni księżyca siły pływowe słońca i księżyca działają w tym samym kierunku - wtedy uzyskuje się najwyższe przypływy. Ale podczas pierwszej i trzeciej kwadry Księżyca siły pływowe Słońca i Księżyca przeciwdziałają, więc pływy są mniejsze.

Pływy w powłoce powietrznej Ziemi iw jej ciele stałym

Zjawiska pływowe występują nie tylko w wodzie, ale także w powłoce powietrznej Ziemi. Nazywa się je pływami atmosferycznymi. Pływy występują również w stałym ciele Ziemi, ponieważ Ziemia nie jest całkowicie stała. Pionowe oscylacje powierzchni Ziemi spowodowane pływami sięgają kilkudziesięciu centymetrów.

Dwa lata temu byłam na wakacjach nad brzegiem Oceanu Indyjskiego na cudownej wyspie Cejlon. Mój mały hotelik znajdował się zaledwie 50 metrów od oceanu. Codziennie na własne oczy obserwowałem cały potężny ruch i burzliwe życie oceanu. Pewnego wczesnego ranka stałem na brzegu, patrząc na fale i myśląc o tym, co daje siłę tak potężnej oscylacji oceanu, jego codziennym przypływom i odpływom.

Co daje siłę przypływom i odpływom

Grawitacja w równym stopniu wpływa na ruch wszystkich obiektów. Ale jeśli grawitacja powoduje przypływy w oceanach, a woda powoduje wodę w Afryce, to dlaczego w jeziorach nie ma przypływów? Hmm, a co jeśli założymy, że wszystko, co wiemy, jest błędne. Wielu inteligentnych ludzi ze świata naukowego tłumaczy to w ten sposób. Przyciąganie Ziemi w punkcie A jest słabsze niż w punkcie B. Wypadkowym efektem przyciągania Ziemi jest rozciąganie oceanu. Po czym pęcznieje po przeciwnych stronach.

Tak, rzeczywiście fakty są prawdziwe i istnieje różnica w sile grawitacji Księżyca w punktach A i B.

Nieporozumienie leży w wyjaśnieniu wybrzuszeń. Może nie pojawiają się z powodu różnicy w atrakcyjności. A przyczyny są mniej oczywiste i są zdezorientowane. Chodzi bardziej o całkowite ciśnienie w różnych miejscach słupa wody. A Księżyc jednocześnie zamienia Ziemię w pompę hydrauliczną na skalę planetarną, a woda pęcznieje, przylegając do środka. Dlatego wystarczy nawet najmniejsze uderzenie, aby rozpocząć ruch fali.

Więcej o pływach

Ale chciałbym zrozumieć, dlaczego nie znajdują się w innym nagromadzeniu wody:

• w organizmie człowieka (w 80% składa się z wody);
• w wypełnionej kąpieli;
• w jeziorach;
• w filiżankach do kawy itp.

Najprawdopodobniej z powodu mniejszego ciśnienia niż w oceanie i kiepskiej hydrauliki. W przeciwieństwie do oceanu są to małe skupiska wody. Powierzchnia jeziora, kielicha i reszty to za mało, aby minimalny nacisk na nie zmienił poziom wody, tworząc fale.

Duże jeziora mogą wywierać presję na małe pływy. Ale ponieważ wiatry i fale powodują duże fale, po prostu ich nie zauważamy. Pływy są wszędzie, są po prostu bardzo mikroskopijne.

Światowy ocean żyje według własnych zasad, które harmonijnie łączą się z prawami wszechświata. Od dawna ludzie zauważyli, że aktywnie się poruszają, ale nie mogli zrozumieć, z czym związane są te wahania poziomu morza. Dowiedzmy się, co to jest przypływ, odpływ?

Przypływy i odpływy: tajemnice oceanu

Żeglarze doskonale wiedzieli, że przypływy były zjawiskiem codziennym. Ale ani zwykli mieszkańcy, ani uczone umysły nie mogły zrozumieć natury tych zmian. Już w V wieku pne filozofowie próbowali opisać i scharakteryzować sposób poruszania się oceanów. wydawało się czymś fantastycznym i niezwykłym. Nawet renomowani naukowcy uważali pływy za oddech planety. Ta wersja istnieje od kilku tysiącleci. Dopiero pod koniec XVII wieku znaczenie słowa „przypływ” wiązano z ruchem księżyca. Nie udało się jednak wyjaśnić tego procesu z naukowego punktu widzenia. Setki lat później naukowcy odkryli tę tajemnicę i podali dokładną definicję dziennej zmiany poziomu wody. Nauka oceanologii, która pojawiła się w XX wieku, ustaliła, że ​​przypływ to podnoszenie się i opadanie poziomu wody w oceanach w wyniku grawitacyjnego wpływu księżyca.

Czy pływy są wszędzie takie same?

Wpływ księżyca na skorupę ziemską nie jest taki sam, więc nie można powiedzieć, że pływy są identyczne na całym świecie. W niektórych częściach świata dzienne spadki poziomu mórz sięgają nawet szesnastu metrów. A mieszkańcy wybrzeża Morza Czarnego praktycznie w ogóle nie zauważają przypływów, ponieważ są one najmniej znaczące na świecie.

Zwykle zmiana następuje dwa razy dziennie - rano i wieczorem. Ale na Morzu Południowochińskim przypływ to ruch mas wody, który występuje tylko raz na dwadzieścia cztery godziny. Przede wszystkim zmiany poziomu morza są zauważalne w cieśninach lub innych wąskich gardłach. Jeśli zaobserwujesz, to gołym okiem zauważysz, jak szybko woda opuszcza lub nadchodzi. Czasami w ciągu kilku minut wznosi się do pięciu metrów.

Jak już się dowiedzieliśmy, zmiana poziomu morza jest spowodowana uderzeniem w skorupę ziemską jej niezmiennego satelity, Księżyca. Ale jak przebiega ten proces? Aby zrozumieć, czym jest przypływ, konieczne jest szczegółowe zrozumienie interakcji wszystkich planet w Układzie Słonecznym.

Księżyc i Ziemia są w ciągłej zależności od siebie. Ziemia przyciąga swojego satelitę, a to z kolei przyciąga naszą planetę. Ta niekończąca się rywalizacja pozwala zachować wymaganą odległość między dwoma kosmicznymi ciałami. Księżyc i Ziemia poruszają się po swoich orbitach, to oddalają się, to zbliżają do siebie.

W tym momencie, gdy Księżyc zbliża się do naszej planety, skorupa ziemska wygina się w jego kierunku. Powoduje to falę wody na powierzchni skorupy ziemskiej, jakby miała tendencję do wznoszenia się wyżej. Oddzielenie satelity Ziemi powoduje spadek poziomu Oceanu Światowego.

Interwał przypływów i odpływów na Ziemi

Ponieważ przypływ jest zjawiskiem regularnym, musi mieć swój własny, określony interwał ruchu. Oceanolodzy byli w stanie obliczyć dokładny czas dnia księżycowego. Ten termin jest zwykle nazywany rewolucją księżyca wokół naszej planety, jest nieco dłuższy niż nasze zwykłe dwadzieścia cztery godziny. Każdego dnia pływy przesuwają się o pięćdziesiąt minut. Ten przedział czasu jest niezbędny, aby fala „dogoniła” Księżyc, który porusza się o trzynaście stopni w stosunku do ziemskiego dnia.

Wpływ pływów oceanicznych na rzeki

Zrozumieliśmy już, czym jest przypływ, ale niewiele osób wie o wpływie tych oceanicznych oscylacji na naszą planetę. Co zaskakujące, pływy oceaniczne wpływają nawet na rzeki, a czasami wynik tej interwencji jest niesamowicie przerażający.

Podczas przypływu fala, która wpłynęła do ujścia rzeki, napotyka strumień słodkiej wody. W wyniku mieszania się mas wody o różnej gęstości powstaje potężny wał, który zaczyna poruszać się z dużą prędkością pod prąd rzeki. Ten strumień nazywa się borem i jest w stanie zniszczyć prawie wszystkie żywe istoty na swojej drodze. Podobne zjawisko w ciągu kilku minut zmywa przybrzeżne osady i eroduje linię brzegową. Bor zatrzymuje się tak nagle, jak się zaczął.

Naukowcy odnotowali przypadki, gdy potężny bor zawrócił rzeki lub całkowicie je zatrzymał. Nietrudno sobie wyobrazić, jak katastrofalne stały się te fenomenalne zjawiska pływowe dla wszystkich mieszkańców rzeki.

Jak pływy wpływają na życie morskie?

Nic dziwnego, że pływy mają ogromny wpływ na wszystkie organizmy żyjące w głębinach oceanu. Najtrudniejsze są małe zwierzęta żyjące w strefach przybrzeżnych. Muszą stale dostosowywać się do zmieniających się poziomów wody. Dla wielu z nich pływy są sposobem na zmianę siedliska. Podczas przypływu małe skorupiaki zbliżają się do brzegu i znajdują dla siebie pożywienie, fala odpływowa wciąga je głębiej w ocean.

Oceanolodzy udowodnili, że wiele organizmów morskich jest ściśle związanych z falami pływowymi. Na przykład u niektórych gatunków wielorybów metabolizm spowalnia podczas odpływów. U innych mieszkańców głębin morskich aktywność reprodukcyjna zależy od wysokości fali i jej amplitudy.

Większość naukowców uważa, że ​​zanik zjawisk takich jak wahania poziomu oceanów doprowadzi do wyginięcia wielu istot żywych. Rzeczywiście, w takim przypadku stracą źródło pożywienia i nie będą w stanie dostosować swojego zegara biologicznego do określonego rytmu.

Prędkość obrotu Ziemi: czy wpływ pływów jest duży?

Od wielu dziesięcioleci naukowcy badają wszystko, co wiąże się z terminem „przypływ”. Jest to proces, który z roku na rok przynosi coraz więcej tajemnic. Wielu ekspertów przypisuje prędkość obrotu Ziemi działaniu fal pływowych. Zgodnie z tą teorią, pod wpływem pływów, powstają na swojej drodze, nieustannie pokonując opór skorupy ziemskiej. W rezultacie, prawie niezauważalnie dla ludzi, prędkość obrotu planety spada.

Oceanolodzy, badając koralowce morskie, odkryli, że kilka miliardów lat temu dzień na Ziemi trwał dwadzieścia dwie godziny. W przyszłości obrót Ziemi zwolni jeszcze bardziej, aw pewnym momencie po prostu zrówna się z amplitudą dnia księżycowego. W tym przypadku, jak przewidują naukowcy, przypływy i odpływy po prostu znikną.

Działalność człowieka a amplituda oscylacji Oceanu Światowego

Nic dziwnego, że człowiek również podlega działaniu przypływów. W końcu jest w 80% płynny i nie może nie reagować na wpływ księżyca. Ale człowiek nie byłby koroną stworzenia natury, gdyby nie nauczył się wykorzystywać praktycznie wszystkich zjawisk przyrody na swoją korzyść.

Energia fali pływowej jest niewiarygodnie duża, dlatego od wielu lat powstają różne projekty budowy elektrowni na obszarach o dużej amplitudzie ruchu mas wody. W Rosji jest już kilka takich elektrowni. Pierwszy został zbudowany na Morzu Białym i był wersją eksperymentalną. Moc tej stacji nie przekraczała ośmiuset kilowatów. Teraz ta liczba wydaje się śmieszna, a nowe elektrownie wykorzystujące fale pływowe wytwarzają energię, która zasila wiele miast.

Naukowcy widzą w tych projektach przyszłość rosyjskiej energetyki, bo pozwalają nam ostrożniej traktować naturę i z nią współpracować.

Przypływy i odpływy to naturalne zjawiska, które jeszcze nie tak dawno były zupełnie niezbadane. Każde nowe odkrycie oceanologów prowadzi do jeszcze większych pytań w tej dziedzinie. Ale być może pewnego dnia naukowcom uda się rozwikłać wszystkie tajemnice, jakie oceaniczne przypływy każdego dnia przedstawiają ludzkości.