Причини виникнення припливів та відливів. Природне явище припливи та відливи

Місяць рухається навколо Землі із середньою швидкістю 1,02 км/сек приблизно еліптичної орбіті у тому напрямі, у якому рухається переважна більшість інших тіл Сонячної системи, тобто проти годинникової стрілки, якщо дивитися на орбіту Місяця із боку Північного полюса світу. Велика піввісь орбіти Місяця, що дорівнює середній відстані між центрами Землі та Місяця, становить 384 400 км (приблизно 60 земних радіусів). Внаслідок еліптичності орбіти відстань до Місяця коливається між 356 400 і 406 800 км. Період звернення Місяця навколо Землі, так званий зірковий місяць схильний до невеликих коливань від 27,32166 до 29,53 діб, але й дуже малого вікового скорочення. Місяць світиться тільки світлом, відбитим від Сонця, тому одна її половина, звернена до Сонця, освітлена, а інша занурена у морок. Яка частина освітленої половини Місяця видно нам у даний моментзалежить від положення Місяця на її орбіті навколо Землі. У міру руху Місяця по орбіті її форма поступово, але безперервно змінюється. Різні видимі форми Місяця називаються його фазами.

Припливи та відливи знайомі кожному серферу. Двічі на день рівень океанських вод піднімається і знижується, причому подекуди на дуже значну величину. Щодня приплив настає на 50 хвилин пізніше, ніж у попередній.

Місяць утримується на своїй орбіті навколо Землі через те, що між двома цими небесними тілами існують сили тяжіння, які притягують їх одна до одної. Земля постійно прагне притягнути себе Місяць, а Місяць притягує себе Землю. Оскільки океани є величезними масами рідини і можуть текти, вони легко деформуються під впливом сил тяжіння Місяця, приймаючи форму лимона. Куля із твердих гірських порід, якою є Земля, залишається в середині. В результаті на тій стороні Землі, що звернена до Місяця, виникає водяна опуклість та інша така ж опуклість – з протилежного боку.

Оскільки тверда Земляобертається навколо своєї осі, на берегах океану виникають припливи та відливи, це відбувається двічі протягом кожні 24 години 50 хвилин, коли береги океанів проходять через водяні горби. Довжина періоду більше 24 годин через те, що і сам Місяць теж рухається своєю орбітою.

Через океанські припливи і відпливи між поверхнею Землі і водами океанів виникає сила тертя, що уповільнює швидкість обертання Землі навколо своєї осі. Наша доба поступово стає все довшою і довшою, кожне століття тривалість доби збільшується приблизно на дві тисячні секунди. Свідченням цього можуть бути деякі види коралів, які ростуть таким чином, що щодня залишає в тілі корала чіткий рубець. Приріст змінюється протягом року, тому кожному року відповідає своя смужка, на кшталт річного кільця на зрізі дерева. Вивчаючи копалини корали, вік яких налічує 400 млн. років, океанологи виявили, що на той час рік складався з 400 діб тривалістю 22 години. Закам'янілі залишки ще більш давніх форм життя свідчать про те, що близько 2 млрд. років тому доба тривала лише 10 годин. У віддаленому майбутньому тривалість доби дорівнюватиме нашому місяцю. Місяць весь час стоятиме на тому самому місці, оскільки швидкість обертання Землі навколо осі точно співпадатиме зі швидкістю руху Місяця по орбіті. Вже й тепер завдяки приливним силам між Землею та Місяцем Місяць постійно звернений до Землі однією і тією ж стороною, якщо не брати до уваги невеликих коливань. Крім того, швидкість руху Місяця своєю орбітою постійно зростає. В результаті Місяць поступово віддаляється від Землі зі швидкістю близько 4 см на рік.

Земля відкидає у просторі довгу тінь, загороджуючи світло Сонця. Коли Місяць потрапляє у тінь Землі, відбувається місячне затемнення. Якщо під час місячного затемнення перебувати на Місяці, можна було б побачити, що Земля проходить перед Сонцем, закриваючи його. Нерідко при цьому Місяць залишається слабо видимим, світячись тьмяним червонуватим світлом. Хоча він і перебуває в тіні, Місяць освітлюється невеликою кількістю червоного сонячного світла, який заломлюється земною атмосферою у напрямі Місяця. Повне місячне затемнення може тривати до 1 години 44 хвилин. На відміну від сонячних, місячні затемненняможна спостерігати з будь-якого місця Землі, де Місяць перебуває над горизонтом. Хоча Місяць проходить по всій своїй орбіті навколо Землі раз на місяць, затемнення не можуть відбуватися щомісяця через те, що площина орбіти Місяця нахилена щодо площини Землі навколо Сонця. Найбільше за рік може статися сім затемнень, з яких два чи три, повинні бути місячними. Сонячні затемненнявідбуваються тільки в молодик, коли Місяць знаходиться точно між Землею і Сонцем. Місячні ж затемнення завжди бувають у повний місяць, коли Земля знаходиться між Місяцем і Сонцем.

Перш ніж вчені побачили місячне каміння, вони мали три теорії походження Місяця, але не було можливості довести правильність будь-якої з них. Одні вважали, що новостворена Земля оберталася настільки швидко, що скинула з себе частину речовини, яка потім стала Місяцем. Інші припускали, що Місяць прилетів із глибин космосу і був захоплений силою земного тяжіння. Третя теорія полягала в тому, що Земля та Місяць утворилися незалежно, майже одночасно і приблизно на однаковій відстані від Сонця. Відмінності в хімічному складіЗемлі та Місяця вказують на те, що ці небесні тіла навряд чи колись становили одне ціле.

Нещодавно виникла четверта теорія, яка і прийнята зараз як найбільш правдоподібна. Ця гіпотеза гігантського зіткнення. Основна ідея полягає в тому, що коли планети, які ми бачимо тепер, тільки ще формувалися, якесь небесне тіло завбільшки з Марс з величезною силою врізалося в молоду Землю під ковзним кутом. При цьому більш легкі речовини зовнішніх шарів Землі мали б відірватися від неї і розлетітися в просторі, утворивши навколо Землі кільце з уламків, тоді як ядро ​​Землі, що складається із заліза, збереглося б цілістю. Зрештою, це кільце з уламків злиплося, утворивши Місяць.

Вивчаючи радіоактивні речовини, які у місячних породах, вчені зуміли обчислити вік Місяця. Камені на Місяці стали твердими близько 4,4 млрд років тому. Місяць сформувався, мабуть, незадовго до цього; її найімовірніший вік — близько 4,65 млрд. років. Це узгоджується з віком метеоритів, і навіть з оцінками віку Сонця.
Найбільш давні камені на Місяці знаходяться в гірських районах. Вік порід, взятих із морів застиглої лави, значно менший. Коли Місяць був зовсім молодий, його зовнішній шар був рідким через дуже високої температури. У міру того, як Місяць остигав, формувався його зовнішній покрив, або кора, частини якої знаходяться тепер у гірських районах. У наступні півмільярда років місячна кора зазнавала безперервного бомбардування астероїдами, тобто маленькими планетами, і гігантськими каменями, що виникли при формуванні Сонячної системи. Після найсильніших ударів на поверхні залишалися величезні вм'ятини

У проміжках між 4,2 і 3,1 млрд років тому лава випливала через отвори в корі, затоплюючи кругові басейни, що залишилися на поверхні після ударів колосальної сили. Лава, затоплюючи великі плоскі території, створювала місячні моря, що у наш час являють собою затверділі океани породи.

Зміст статті

ПРИЛИВИ І ВІДЛИВИ,періодичні коливання рівня води (підйоми і спади) в акваторіях на Землі, які обумовлені гравітаційним тяжінням Місяця та Сонця, що діє на Землю, що обертається. Всі великі акваторії, включаючи океани, моря і озера, в тій чи іншій мірі схильні до припливів і відливів, хоча на озерах вони невеликі.

Реверсивний водоспад

(який змінює напрямок на протилежне) – це ще одне явище, пов'язане з припливами на річках. Типовий приклад- Водоспад на р. Сент-Джон (пров. Нью-Брансуєк, Канада). Тут по вузькій ущелині вода під час припливу проникає в улоговину, розташовану вище за рівень малої води, проте дещо нижче за рівень повної води в цій же тісниці. Таким чином, виникає перешкода, перетікаючи через яку вода утворює водоспад. Під час відливу стік води прямує вниз за течією через звужений прохід і, долаючи підводний уступ, утворює звичайний водоспад. Під час припливу крута хвиля, що проникла в ущелину, обрушується водоспадом у вищележачу улоговину. Попятна течія продовжується доти, доки рівні води по обидва боки порога не зрівняються і не почнеться відлив. Потім знову відновлюється водоспад, звернений вниз за течією. Середній перепад рівня води в ущелині становить прибл. 2,7 м, проте за найвищих припливів висота прямого водоспаду може перевищити 4,8 м, а реверсивного – 3,7 м.

Найбільші амплітуди припливів.

Найвищий у світі приплив формується за умов сильної течії в бухті Мінас у затоці Фанді. Приливні коливання тут характеризуються нормальним перебігом із напівдобовим періодом. Рівень води під час припливу часто піднімається за шість годин більш ніж на 12 м, а потім протягом наступних шести годин знижується на ту саму величину. Коли вплив сизигійного припливу, положення Місяця в перигеї і максимальне відмінювання Місяця припадають на одну добу, рівень припливу може досягати 15 м. Така винятково велика амплітуда припливно-відливних коливань частково зумовлена ​​лійкоподібною формою затоки Фанді, де глибини зменшуються, а береги зближу. вершині затоки.

Вітер та погода.

Вітер істотно впливає на припливно-відливні явища. Вітер з моря наганяє воду у бік берега, висота припливу збільшується понад звичайну, і за відпливу рівень води теж перевищує середній. Навпаки, при вітрі, що дме з суші, вода зганяється від берега, і рівень моря знижується.

За рахунок підвищення атмосферного тискунад великою акваторією відбувається зниження рівня води, оскільки додається накладена вага атмосфери. Коли атмосферний тиск збільшується на 25 мм рт. ст., рівень води знижується приблизно 33 див. Зниження атмосферного тиску викликає відповідне підвищення рівня води. Отже, різке падіння атмосферного тиску разом із вітром ураганної сили здатне викликати помітний підйом рівня води. Подібні хвилі, хоч і називаються приливними, насправді не пов'язані з впливом припливоутворюючих сил і не мають періодичності, характерної для припливо-відливних явищ. Формування згаданих хвиль може бути пов'язане або з вітрами ураганної сили, або з підводними землетрусами (в останньому випадку вони називаються сейсмічними морськими хвилями, або цунамі).

Використання енергії припливів.

Розроблено чотири методи використання енергії припливів, але найбільш практичним є створення системи приливних басейнів. При цьому коливання рівня води, пов'язані з припливом-відливними явищами, використовуються в системі шлюзів так, що постійно підтримується перепад рівнів, що дозволяє отримувати енергію. Потужність приливних електростанцій безпосередньо залежить від площі басейнів-пасток та потенційного перепаду рівнів. Останній фактор, у свою чергу, є функцією амплітуди припливно-відливних коливань. Досяжний перепад рівнів, безумовно, найбільш важливий для електроенергії, хоча вартість споруд залежить від площі басейнів. В даний час великі приливні електростанції діють у Росії на Кольському півострові і в Примор'ї, у Франції в естуарії р.Ранс, в Китаї поблизу Шанхаю, а також в інших районах земної кулі.

Рівень поверхні океанів та морів періодично, приблизно двічі протягом доби, змінюється. Ці коливання називаються припливами та відливами. Під час припливу рівень океану поступово підвищується і сягає найвищого становища. При відпливі рівень поступово падає до нижчого. При припливі вода тече до берегів, при відпливі – від берегів.

Припливи та відливи - це стоячі. Вони утворюються внаслідок впливу таких космічних тіл, як Сонце. За законами взаємодії космічних тіл наша планета та Місяць взаємно притягують одне одного. Місячне тяжіння настільки велике, що поверхня океану хіба що вигинається йому назустріч. Місяць рухається навколо Землі, і за ним «біжить» океаном приливна хвиля. Дійде хвиля до берега – от і приплив. Мине трохи часу, вода слідом за Місяцем відійде від берега - от і відлив. За тими самими загальним космічним законам припливи і відливи утворюються і зажадав від тяжіння Сонця. Проте припливоутворююча сила Сонця у зв'язку з його віддаленістю значно менше місячної, і якби не було Місяця, то припливи на Землі були б у 2,17 разів меншими. Пояснення припливоутворюючих сил вперше було дано Ньютоном.

Припливи відрізняються один від одного тривалістю та величиною. Найчастіше протягом доби відбувається два припливи і два відливи. На дугах та узбережжях Східної та Центральної Америки спостерігається один приплив та один відлив протягом доби.

Величина припливів ще різноманітніша, ніж їх період. Теоретично один місячний приплив дорівнює 0,53 м, сонячний - 0,24 м. Таким чином, найбільший приплив повинен мати висоту 0,77 м. У відкритому океані та біля островів величина припливу досить близька до теоретичної: на Гавайських островах - 1 м , на острові Святої Єлени – 1,1 м; на островах - 1,7 м. У материків величина припливів коливається від 1,5 до 2 м. У внутрішніх морях припливи дуже незначні: - 13 см - 4,8 см. вважається безприпливним, але біля Венеції припливи бувають до 1 м. Найбільш великими можна відзначити такі припливи, зареєстровані в:

У затоці Фанді () приплив досяг висоти 16-17 м. Це найбільший показник припливу на всій земній кулі.

На півночі в Пенжинській губі висота припливу досягла 12-14 м. Це найбільший приплив біля берегів Росії. Однак наведені вище показники припливів є винятком, ніж правилом. У переважній більшості пунктів вимірювання рівня припливів вони невеликі і рідко перевищують 2 м.

Значення припливів дуже велике для морського судноплавства, улаштування портів. Кожна хвиля припливу несе величезний запас енергії.

Відбувається підйом і спад води. Це явище морських припливівта відливів. Вже в давнину спостерігачі помітили, що приплив настає через деякий час після кульмінації Місяця в місці спостереження. Більше того, припливи найбільш сильні в дні ново-і повного місяця, коли центри Місяця і Сонця розташовуються приблизно на одній прямій.

Враховуючи це, І. Ньютон пояснив припливи дією тяжіння з боку Місяця і Сонця, а саме тим, що різні частини Землі притягуються Місяцем по-різному.

Земля обертається навколо своєї осі набагато швидше, ніж Місяць звертається навколо Землі. В результаті приливний горб (взаємне розташування Землі та Місяця показано на малюнку 38) рухається, по Землі біжить приливна хвиля, виникають припливні течії. При наближенні до берега висота хвилі зростає, оскільки піднімається дно . У внутрішніх морях висота приливної хвилі буває лише кількох сантиметрів, у відкритому океані досягає близько одного метра. У сприятливо розташованих вузьких затоках висота припливу зростає ще кілька разів.

Тертя води про дно, і навіть де-формации твердої оболонки Землі супроводжуються виділенням тепла, що зумовлює розсіювання енергії системи Земля — Місяць. Оскільки приливний горб відноситься до сходу, максимальний приплив відбувається після кульмінації Місяця, тяжіння горба викликає прискорення Місяця та уповільнення обертання Землі. Місяць поступово відсувається від Землі. Справді, геологічні дані показують, що в юрському періоді (190-130 млн років тому) припливи були набагато вищі, а доба — коротша. Слід зазначити, що при зменшенні відстані до Місяця в 2 рази висота припливу зростає в 8 разів. В даний час доба збільшується на 0,00017 з на рік. Так що приблизно через 1,5 млрд років їх довжина збільшиться до 40 сучасних діб. Такої ж довжини буде й місяць. В результаті Земля і Місяць будуть завжди звернені один до одного однією і тією ж стороною. Після цього Місяць почне поступово наближатися до Землі і ще через 2-3 млрд років буде розірвано приливними силами (якщо, звичайно, на той час Сонячна система ще буде існувати).

Вплив Місяця на приплив

Розглянемо, слідуючи Ньютону, більш докладно припливи, викликані тяжінням Місяця, так як вплив Сонця істотно (в 2,2 рази) менше.

Запишемо висловлювання для прискорень, викликаних притягненням Місяця щодо різних точок Землі, враховуючи, що всім тіл у цій точці простору ці прискорення однакові. В інерційній системі відліку, пов'язаної з центром мас системи, значення прискорень будуть:

A A = -GM / (R - r) 2 , a B = GM / (R + r) 2 , a O = -GM / R 2 ,

де a A, a O, a B— прискорення, спричинені тяжінням Місяця в точках A, O, B(Рис. 37); М- Маса Місяця; r- Радіус Землі; R- Відстань між центрами Землі та Місяця (для розрахунків його можна прийняти рівним 60 r); G- Гравітаційна постійна.

Але ми живемо на Землі і всі спостереження проводимо в системі відліку, пов'язаної з центром Землі, а не з центром мас Земля - ​​Місяць. Щоб перейти в цю систему, необхідно від усіх прискорень відняти прискорення центру Землі. Тоді

A' A = -GM ☾ / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 , a' B = -GM ☾ / (R + r) 2 + GM / R 2 .

Виконаємо дії в дужках та врахуємо, що rмало в порівнянні з Rі в сумах і різницях їм можна знехтувати. Тоді

A' A = -GM / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 = GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R - r) 2 = -2GM ☾ r / R 3 .

Прискорення a’Aі a’Bоднакові за модулем, протилежні у напрямку, кожне направлене від центру Землі. Вони називаються приливними прискореннями. У точках Cі Dприливні прискорення, менші за модулем і спрямовані до центру Землі.

Приливними прискоренняминазиваються прискорення, що виникають у системі відліку, що з тілом через те, що внаслідок кінцевих розмірів цього тіла різні його частини по-різному притягуються обурюючим тілом. У точках Aі Bприскорення сили тяжіння виявляється меншим, ніж у точках Cі D(Рис. 37). Отже, для того щоб тиск на однаковій глибині був однаковим (як у сполучених судин) у цих точках, вода повинна піднятися, утворюючи так званий приливний горб. Підрахунок показує, що підйом води або приплив у відкритому океані становить близько 40 см. У прибережних водах він набагато більше, а рекорд становить близько 18 м. Ньютонівська теорія цього пояснити не може.

На узбережжі багатьох зовнішніх морів можна побачити цікаву картину: вздовж берега неподалік води натягнуті рибальські сіті. Причому мережі ці поставлені не для сушіння, а для лову риби. Якщо залишитися на березі та поспостерігати за морем, то все стане зрозумілим. Ось вода починає прибувати, і там, де всього кілька годин тому була піщана мілину, заплескалися хвилі. Коли вода відступила, з'явилися мережі, в яких засяяла лускою риба, що заплуталася. Рибалки, обійшовши сіті, зняли улов. Матеріал із сайту

Ось як описує наступ припливу очевидець: «Ми дісталися моря — сказав мені попутник. Я здивовано дивився навколо. Переді мною справді був берег: сліду брижів, напівзасипаний кістяк тюленя, рідкісні шматки плавника, уламки черепашок. А далі тягнувся рівний простір... і ніякого моря. Але через три години нерухома лінія горизонту задихала, захвилювалася. І ось уже за нею заіскрилася морська брижа. Вал припливу котився нестримно вперед по сірій поверхні. Переганяючи один одного, хвилі набігали на берег. Одна за одною потонули далекі скелі — і навколо видно тільки воду. Вона кидає мені в обличчя солоні бризки. Замість мертвої рівнини переді мною живе і дихає водна гладь».

Коли приливна хвиля входить у затоку, має у плані лійкоподібну форму, береги затоки хіба що стискають її, через що висота припливу збільшується у кілька разів. Так, у затоці Фанді біля східного берега Північної Америки висота припливу досягає 18 м. У Європі найвищі припливи (до 13,5 метрів) бувають у Бретані поблизу міста Сен-Мало.

Дуже часто приливна хвиля заходить у гирла

Приплив і відплив

Приліві відлив- періодичні вертикальні коливання рівня океану або моря, що є результатом зміни положень Місяця і Сонця щодо Землі разом з ефектами обертання Землі та особливостями даного рельєфу і що виявляється в періодичному горизонтальномузміщення водних мас. Припливи та відливи викликають зміни у висоті рівня моря, а також періодичні течії, відомі як приливні течії, що роблять пророцтво припливів важливим для прибережної навігації.

Інтенсивність цих явищ залежить від багатьох факторів, проте найбільш важливим із них є ступінь зв'язку водойм зі світовим океаном. Чим більше замкнене водоймище, тим менший ступінь прояву припливно-відливних явищ.

Припливно-відливний цикл, що щороку повторюється, залишається незмінним внаслідок точної компенсації сил тяжіння між Сонцем і центром мас планетної пари і силами інерції, прикладеними до цього центру.

Оскільки положення Місяця та Сонця стосовно Землі періодично змінюється, змінюється і інтенсивність результуючих припливно-відливних явищ.

Відлив у Сен-Мало

Історія

Відливи відігравали помітну роль у постачанні прибережного населення морепродуктами, дозволяючи збирати на оголеному. морському дніпридатну для їжі їжу.

Термінологія

Мала вода (Бретань, Франція)

Максимальний рівень поверхні води під час припливу називається повною водою, а мінімальний під час відливу - малою водою. В океані, де дно рівне, а суша далеко, повна водапроявляється як два «здуття» водної поверхні: одне з них знаходиться з боку Місяця, а інше – у протилежному кінці земної кулі. Також можуть бути ще два менші за розміром здуття з боку, спрямованої до Сонця, і протилежної йому. Пояснення цього ефекту можна знайти нижче, у розділі фізика припливу.

Оскільки Місяць і Сонце переміщуються щодо Землі, разом із ними переміщаються і водні горби, утворюючи приливні хвиліі приливні течії. У відкритому морі приливні течії мають обертальний характер, а поблизу берегів і у вузьких затоках та протоках – зворотно-поступальний.

Якби вся Земля була вкрита водою, ми б спостерігали два регулярні припливи та відливи щодня. Але так як безперешкодному поширенню приливних хвиль заважають ділянки суші: острови і континенти, а також через дію сили Коріоліса на воду, що рухається, замість двох приливних хвиль спостерігається безліч маленьких хвиль, які повільно (у більшості випадків з періодом 12 год 25,2 хв ) оббігають навколо точки, що називається амфідромічній, в якій амплітуда припливу дорівнює нулю. Домінуюча компонента припливу (місячний приплив М2) утворює на поверхні Світового океану близько десятка амфідромічних точок з рухом хвилі за годинниковою стрілкою і приблизно стільки ж проти годинникової (див. карту). Все це унеможливлює передбачення часу припливу тільки на основі положень Місяця та Сонця щодо Землі. Натомість використовують «щорічник припливів» - довідковий посібникдля обчислення часу настання припливів та його висоти у різних пунктах земної кулі. Також використовуються таблиці припливів, з даними про моменти та висоти малих та повних вод, обчисленими на рік вперед основних приливних портів.

Складова притока M2

Якщо з'єднати на карті крапки з однаковими фазами припливу, ми отримаємо так звані котидальні лінії, що радіально розходяться з амфідромічної точки. Зазвичай котидальні лінії характеризують положення гребеня приливної хвилі кожної години. Фактично котидальні лінії відбивають швидкість поширення приливної хвилі за 1 годину. Карти, на яких представлені лінії рівних амплітуд та фаз приливних хвиль, називаються котидальними картами.

Висота припливу- різниця між вищим рівнемводи при припливі (повна вода) та нижчим її рівнем при відливі (мала вода). Висота припливу - величина непостійна, проте середній показник наводиться при характеристиці кожної ділянки узбережжя.

Залежно від взаємного розташуванняМісяця та Сонця мала і велика приливні хвилі можуть посилювати один одного. Для таких припливів історично склалися спеціальні назви:

• Квадратурний приплив- найменший приплив, коли приливоутворюючі сили Місяця та Сонця діють під прямим кутом одна до одної (таке положення світил називається квадратурою).
• Сизігійний приплив- найбільший приплив, коли припливоутворюючі сили Місяця і Сонця діють вздовж одного напрямку (таке положення світил називається сизигією).

Чим менше чи більше приплив, тим менше чи, відповідно, більше відлив.

Найвищі припливи у світі

Можна спостерігати в бухті Фанді (15,6-18 м), яка знаходиться на східному узбережжі Канади між Нью-Брансуїком та Новою Шотландією.

На Європейському континенті найвищі припливи (до 13,5 м) спостерігаються у Бретані біля міста Сен-Мало. Тут приливна хвиля фокусується береговою межею півострівів Корнуолл (Англія) і Котантен (Франція).

Фізика припливу

Сучасне формулювання

Що стосується планети Земля причиною припливів є знаходження планети в гравітаційному полі, створюваному Сонцемта Місяцем. Оскільки створювані ними ефекти незалежні, вплив цих небесних тіл на Землю можна розглядати окремо. У такому разі для кожної пари тіл можна вважати, що кожне з них обертається навколо центру гравітації. Для пари Земля – Сонце цей центр знаходиться у глибині Сонця на відстані 451 км від його центру. Для пари Земля-Місяць він знаходиться в глибині Землі на відстані 2/3 її радіусу.

Кожне з цих тіл відчуває дію приливних сил, джерелом яких є сила гравітації та внутрішні сили, що забезпечують цілісність небесного тіла, в ролі яких виступає сила власного тяжіння, яка називається самогравітацією. Найбільш наочно виникнення припливних сил простежується з прикладу системи Земля - ​​Сонце.

Приливна сила є результатом конкуруючої взаємодії сили тяжіння, спрямованої до центру гравітації і спадної пропорційно квадрату відстані від нього, і фіктивної відцентрової сили інерції, обумовленої зверненням небесного тіла навколо цього центру. Ці сили, будучи протилежними у напрямку, збігаються за величиною лише у центрі мас кожного з небесних тіл. Завдяки дії внутрішніх сил Земля звертається навколо центру Сонця як ціле з постійною кутовою швидкістю для кожного елемента її маси. Тому в міру видалення цього елемента маси від центру гравітації відцентрова сила, що діє на нього, зростає пропорційно квадрату відстані. Більш детальний розподіл припливних сил у їх проекції на площину, перпендикулярну площині екліптики, наведено на рис.1.

Рис.1 Схема розподілу приливних сил у проекції на площину, перпендикулярну Екліптиці. Тяжке тіло або праворуч, або зліва.

Досягане внаслідок дії припливних сил відтворення змін форми піддається їх дії тіл може, відповідно до ньютонианской парадигмою, досягнуто лише тому випадку, якщо ці сили повністю скомпенсовані іншими силами, у яких може входити і сила Всесвітнього тяжіння.

Рис.2 Деформація водної оболонки Землі як наслідок балансу приливної сили, сили самогравітації та сили реакції води на зусилля стиснення

В результаті складання цих сил і виникають симетрично по обидва боки земної кулі приливні сили, спрямовані в різні сторонивід нього. Припливна сила, спрямована до Сонця, має гравітаційну природу, а спрямована від Сонця є наслідком фіктивної сили інерції.

Ці сили вкрай слабкі і не йдуть ні в яке порівняння з силами самогравітації (прискорення, що створюється ними, в 10 мільйонів разів менше прискорення вільного падіння). Однак вони викликають зсув частинок води Світового океану (опір зсуву у воді при малих швидкостях руху практично дорівнює нулю, тоді як стиску - надзвичайно велике), доки дотична до поверхні води не стане перпендикулярною результуючої силі.

Через війну лежить на поверхні світового океану виникає хвиля, що займає постійне становище у системах взаємно тяжких тіл, але що біжить поверхні океану разом із добовим рухом його дна і берегів. Таким чином (у зневагі до океанічних течій) кожна частка води двічі здійснює протягом доби коливальний рух вгору-вниз.

Горизонтальний рух води спостерігається лише біля берегів як наслідок підйому її рівня. Швидкість руху тим більше, що більш порожнього розташоване морське дно.

Приливоутворюючий потенціал

(акад концепції. Шулейкіна)

Нехтуючи розміром, будовою та формою Місяця, запишемо питому силу тяжіння пробного тіла, що є Землі. Нехай – радіус-вектор, спрямований від пробного тіла у бік Місяця, – довжина цього вектора. У цьому випадку сила тяжіння цього тіла Місяцем дорівнюватиме

де – селенометрична гравітаційна стала. Пробне тіло помістимо в крапку. Сила тяжіння пробного тіла, поміщеного в центр мас Землі дорівнюватиме

Тут під і розуміються радіус-вектор, що з'єднує центри мас Землі та Місяця, та їх абсолютні величини. Приливною силою ми називатимемо різницю цих двох сил тяжіння

У формулах (1) та (2) Місяць вважається кулею зі сферично-симетричним розподілом мас. Силова функція тяжіння пробного тіла Місяцем нічим не відрізняється від силової функції тяжіння кулі і дорівнює Друга сила прикладена до центру мас Землі і є постійною величиною. Для отримання силової функції цієї сили ми введемо тимчасову систему координат. Ось проведемо з центру Землі та направимо у бік Місяця. Напрями двох інших осей залишимо довільними. Тоді силова функція сили дорівнюватиме. Приливоутворюючий потенціалдорівнюватиме різниці цих двох силових функцій. Позначимо його, отримаємо Постійну визначимо з умови нормування, згідно з яким припливутворюючий потенціал у центрі Землі дорівнює нулю. У центрі Землі , Звідси випливає, що . Отже, ми отримуємо остаточну формулу припливутворювального потенціалу у вигляді (4)

Оскільки

При малих величинах , , останній вираз можна у наступному вигляді

Підставивши (5) до (4), отримаємо

Деформація поверхні планети під дією припливів та відливів

Обурюючий вплив припливного потенціалу деформує рівнену поверхню планети. Оцінимо цей вплив, вважаючи, що Земля є куля зі сферично-симетричним розподілом маси. Незбурений гравітаційний потенціал Землі лежить на поверхні . Для точки. , що знаходиться на відстані від центру сфери, гравітаційний потенціал Землі дорівнює . Скоротивши на постійну гравітаційну, отримаємо . Тут змінними величинами є і . Позначимо ставлення мас тіла, що гравітує, до маси планети грецькою літероюі вирішимо отриманий вираз щодо:

Тому що з тим же ступенем точності отримаємо

Враховуючи небагато відношення останні вирази можна записати так

Ми отримали, таким чином, рівняння двовісного еліпсоїда, у якого вісь обертання збігається з віссю, тобто з прямою, що з'єднує тіло, що тяжіє, з центром Землі. Напівосі цього еліпсоїда, очевидно, рівні

Наведемо наприкінці невелику чисельну ілюстрацію даного ефекту. Обчислимо приливний «горб» Землі, викликаний тяжінням Місяця. Радіус Землі дорівнює км, відстань між центрами Землі та Місяця з урахуванням нестабільності місячної орбіти км, відношення маси Землі до маси Місяця дорівнює 81:1. Вочевидь, що з підстановці у формулу отримаємо величину, приблизно рівну 36 див.

Див. також

Примітки

Література

• Фріш С. А. та Тиморьова А. В.Курс загальної фізики, Підручник для фізико-математичних та фізико-технічних факультетів державних університетів, Том I. М.: ГІТТЛ,1957
• Щулейкін В. В.Фізики моря. М.: Вид-во «Наука», Відділення наук про Землю АН СРСР 1967
• Войт С. С.Що таке припливи? Редколегія науково-популярної літератури Ан СРСР

Посилання

• WXTide32 - програма, що вільно розповсюджується, для складання таблиць припливів

Місяць
Особливості