Gdzie są przypływy i odpływy. Pływy i pływy morskie. Największe amplitudy pływów

MOSKWA PAŃSTWOWA UNIWERSYTET INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Esej o „Naukach o Ziemi”

Podmiot: "Odpływ i przypływ"

Zakończony:

Grupa studencka H-30

Cwietkow E.N.

Sprawdzony:

Petrova I.F.

Moskwa, 2003

Definicja.

Odpływ i przypływ, okresowe wahania poziomu wody (wzrosty i spadki) w obszarach wodnych na Ziemi, które wynikają z przyciągania grawitacyjnego Księżyca i Słońca działającego na obracającą się Ziemię. Wszystkie duże obszary wodne, w tym oceany, morza i jeziora, podlegają pływom w takim czy innym stopniu, chociaż na jeziorach są one niewielkie.

Najwyższy poziom wody zaobserwowany w ciągu dnia lub pół dnia podczas przypływu nazywa się przypływem, najniższy poziom podczas odpływu nazywa się odpływem, a moment osiągnięcia tych znaków granicznych nazywa się odpowiednio stanie (lub etapem), wysoki przypływ lub odpływ. Średni poziom morza jest wartością warunkową, powyżej której znaczniki poziomu znajdują się podczas przypływów, a poniżej - podczas odpływów. Jest to wynik uśrednienia dużej serii pilnych obserwacji. Średnia wysokość pływu (lub odpływu) to średnia wartość obliczona na podstawie dużej serii danych dotyczących poziomów przypływu lub odpływu. Oba te średnie poziomy są powiązane z lokalnym zasobem.

Pionowe wahania poziomu wody podczas przypływów i odpływów związane są z poziomymi ruchami mas wody w stosunku do brzegu. Procesy te komplikują fale wiatrowe, spływy rzeczne i inne czynniki. Poziome ruchy mas wody w strefie przybrzeżnej nazywane są prądami pływowymi (lub pływowymi), podczas gdy pionowe wahania poziomu wody nazywane są przypływami i odpływami. Wszystkie zjawiska związane z przypływami i odpływami charakteryzują się okresowością. Prądy pływowe okresowo zmieniają kierunek, podczas gdy prądy oceaniczne, poruszające się w sposób ciągły i jednokierunkowy, są spowodowane ogólną cyrkulacją atmosfery i pokrywają duże obszary otwartego oceanu.

W okresach przejściowych od przypływu do odpływu i odwrotnie trudno jest ustalić trend prądu pływowego. W tym czasie (nie zawsze zbiega się to 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 jest określona przez dwa maksima i dwa minima w dziennym przebiegu.

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 materialne są przyciągane do siebie z siłą wprost proporcjonalną do iloczynu mas obu cząstek i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi. Oznacza to, że im większa masa ciał, tym większa siła wzajemnego przyciągania między nimi (przy tej samej gęstości mniejsze ciało będzie przyciągać mniej 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, która ma tendencję do przesuwania Ziemi w kierunku Księżyca i „podnoszenia” wszystkich obiektów na Ziemia 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 miejscu na 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, ale ponieważ przyciąganie Księżyca jest tak małe w porównaniu z przyciąganiem Ziemi, nie wystarczy do podniesienia tak ogromnego ciężaru.

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

Ze względu na ruch wody z sąsiednich obszarów 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 oceanu w tych dwóch punktach towarzyszy wzrost poziomu morza nie tylko po stronie Ziemi zwróconej ku Księżycowi, 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, poruszają się względem siebie, ponieważ obiekt 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 do Księżyca nazywana jest bezpośrednią, a po przeciwnej stronie odwróconą. Pierwszy z nich jest tylko o 5% wyższy od drugiego.

Ze względu na rotację Księżyca na orbicie okołoziemskiej między dwoma kolejnymi przypływami lub dwoma odpływami w danym miejscu mija około 12 godzin i 25 minut. Przerwa między punktami kulminacyjnymi kolejnych przypływów i odpływów wynosi około. 6 godz. 12 min. Okres 24 godzin i 50 minut pomiędzy dwoma kolejnymi przypływami nazywany jest dniem pływowym (lub księżycowym).

Nierówności pływowe. Procesy pływowe są bardzo złożone, dlatego 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) amplitudę pływów oraz 3) rodzaj fluktuacji pływów lub kształt krzywej poziomu wody. Liczne zmiany kierunku i wielkości sił pływowych powodują różnice w wielkościach porannych i wieczornych pływów w danym porcie, a także między tymi samymi pływami w różnych portach. Różnice te nazywane są nierównościami pływów.

efekt półtrwały. Zwykle w ciągu dnia, z powodu 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 obraca się Ziemia wokół własnej osi – w kierunku przeciwnym 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 przypływy i odpływy są codziennie opóźnione o około 50 minut. Ta wartość nazywana jest opóźnieniem księżycowym.

Nierówność półmiesięczna. Ten główny typ zmienności charakteryzuje się okresowością około 14 3/4 dnia, co wiąże się z obrotem Księżyca wokół Ziemi i przechodzeniem kolejnych faz, w szczególności syzygów (nowów i pełni), tj. chwile, w których słońce, ziemia i księżyc znajdują się w linii prostej. Do tej pory zajmowaliśmy się tylko pływową akcją Księżyca. Pole grawitacyjne Słońca działa również na pływy, ale chociaż masa Słońca jest znacznie większa niż masa Księżyca, odległość Ziemi od Słońca jest o wiele większa niż odległość od Księżyca, że ​​siła pływowa Słońca jest mniejsza o połowę. Księżyca. Jednak gdy Słońce i Księżyc znajdują się na tej samej linii prostej, zarówno po tej samej stronie Ziemi, jak i po różnych stronach (w 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 jedynie przyciąganiem księżyca. Takie przypływy nazywane są przypływami wiosennymi.

Kiedy wektory siły grawitacyjnej Słońca i Księżyca są wzajemnie prostopadłe (podczas kwadratur, tj. gdy Księżyc znajduje się w pierwszej lub ostatniej kwadrze), ich siły pływowe przeciwdziałają, ponieważ przypływ spowodowany przyciąganiem Słońca nakłada się na odpływ wywołany przez Księżyc. W takich warunkach pływy nie są tak wysokie, a pływy nie są tak niskie, jakby były spowodowane tylko siłą grawitacji Księżyca. Takie pośrednie pływy nazywane są kwadraturą. Zakres wysokich i niskich stanów wody jest w tym przypadku zmniejszony około trzykrotnie w porównaniu z przypływem wiosennym. W Oceanie Atlantyckim zarówno wiosenne pływy, jak i pływy kwadraturowe są zwykle opóźnione 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, które występują z powodu paralaksy księżycowej, wynosi 27 1/2 dnia. Powodem tej nierówności jest zmiana odległości Księżyca od Ziemi podczas obrotu tego ostatniego. 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 od odpowiedniej fazy księżyca. W porcie San Francisco różnica w wysokościach pływów spowodowana przez księżyc w perygeum lub apogeum wynosi tylko 32%, a odpowiadające im fazy księżyca podążają 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 w danym dniu (jak również dwa odpływy) niewiele się różnią, a wysokości porannych i wieczornych wysokich i niskich wód są bardzo bliskie. Jednak wraz ze wzrostem deklinacji Księżyca na północ lub południe, poranne i wieczorne pływy tego samego typu różnią się wysokością, a gdy Księżyc osiąga największą deklinację północną lub południową, różnica ta jest największa. Znane są również pływy tropikalne, tak zwane, ponieważ Księżyc znajduje się prawie nad tropikami północnymi lub południowymi.

Nierówność dobowa nie wpływa znacząco na wysokość dwóch kolejnych odpływów w Oceanie Atlantyckim, a nawet jej wpływ na wysokość pływów jest niewielki w porównaniu z ogólną amplitudą oscylacji. Jednak na Oceanie Spokojnym nieregularność dobowa objawia się trzykrotnie większymi poziomami odpływów niż poziomami pływów.

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, czyli 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 zdarzają się okresy, w których deklinacje zarówno Słońca, jak i Księżyca wynoszą około 0. Całkowity pływowy efekt przyciągania tych dwóch ciał w takich momentach jest najbardziej zauważalny na obszarach położonych w pobliżu równika ziemskiego. Jeżeli w tym samym czasie Księżyc znajduje się w fazie nowiu lub pełni, tzw. wiosenne przypływy równonocy.

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

Zmiana w czasie.

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

Rozmieszczenie 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. Penetracja fal pływowych do mórz śródlądowych jest trudna, dlatego amplituda pływów w nich jest niewielka.

Wąskie, płytkie Cieśniny Duńskie niezawodnie chronią Morze Bałtyckie przed przypływami. Z obliczeń teoretycznych wynika, że ​​amplituda wahań wysokości poziomu wody w Bałtyku wynosi około 10 centymetrów, ale jest to prawie niemożliwe, aby zobaczyć te pływy, ponieważ są one całkowicie wymazane 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 poprzez szereg wąskich cieśnin oraz wewnętrzne morza Egejskie i Śródziemne. Jeśli różnica poziomu wody podczas przypływu i odpływu na atlantyckim wybrzeżu Hiszpanii w pobliżu Gibraltaru sięgała 3 metrów, to na Morzu Śródziemnym w pobliżu cieśniny wynosi zaledwie 1,3 metra. W innych częściach morza pływy są jeszcze mniejsze i zwykle nie przekraczają 0,5 metra. Na Morzu Egejskim, Bosforze i Dardanelach fala pływowa słabnie jeszcze bardziej. Dlatego w Morzu Czarnym wahania poziomu wody pod wpływem pływów wynoszą mniej 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 ledwo sięgają 0,5 metra.

Jeśli na morzach śródlądowych wielkość pływów jest zmniejszona w porównaniu z otwartymi wybrzeżami oceanu, to w zatokach i zatokach, które mają szerokie połączenie z oceanem, wzrasta. Fala pływowa swobodnie wpływa do takich zatok. Masy wody pędzą naprzód, ale ograniczone przez zwężające się brzegi i nie znajdując wyjścia, wznoszą 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 Cape Kanin Nos nie przekraczają nawet 3 metrów. Jednak wchodząc w stopniowo zwężający się lejek Morza Białego, fala pływowa 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 wierzchołku (najbardziej oddalonej od morza) części zatoki podnosi się do 9,5 metra, a w zatoce Penzhina osiąga prawie 13 metrów!

Przypływy są bardzo wysokie w Kanale La Manche. W języku angielskim, jego wybrzeże w małej zatoce Lime Bay, woda w syzygiach podnosi się do 14,4 metra, a po francusku, w pobliżu miejscowości Granville, nawet 15 metrów.

W niektórych częściach kanadyjskiego wybrzeża atlantyckiego pływy osiągają swoje ekstremalne wartości. W Cieśninie Frobisher (znajduje się przy wejściu do Cieśniny Hudsona) – 15,6 metrów, a w Zatoce Fundy (w pobliżu granicy z USA) – aż 18 metrów.

Czasami wpływ pływów morskich widoczny jest również na rzekach. Fala pływowa dociera do ust z otwartych obszarów oceanu lub morza. W miarę zbliżania się do brzegu poziom się podnosi, a profil fali pływowej ulega deformacji pod wpływem zmniejszenia głębokości i ukształtowania ukształtowania wybrzeża. Nad brzegiem morza jego przednie zbocze staje się bardziej strome niż tylne. Z wybrzeża estuarium fala pływowa wnika do systemu kanałów rzeki. Bardziej zasolona woda na dnie koryta, niczym klin, gwałtownie porusza się pod prąd. Zderzenie dwóch nadpływających strumieni, morza i rzeki, powoduje powstanie stromego szybu, zwanego bora. W rzece Cantangjiang, która wpada do Morza Wschodniochińskiego na południe od Szanghaju, odwiert osiąga wysokość 7 - 8 metrów, a nachylenie fali wynosi 70 stopni. Ta straszliwa ściana wodna z prędkością 15-16 kilometrów na godzinę przetacza się przez rzekę, rozmywając brzegi i grożąc zatopieniem każdego statku, który nie schroniłby się na czas w spokojnym rozlewisku. Amazonka, największa rzeka Ameryki Południowej, słynie również z potężnego lasu. Tam fala o wysokości 5-6 metrów rozchodzi się w górę rzeki przez trzy tysiące kilometrów od oceanu. Na Mekongu fale pływowe rozprzestrzeniają się do 500 km, na Missisipi - do 400 km, na Północnej Dźwinie - do 140 km. Przypływ niesie słoną wodę do rzeki. Jednocześnie w ujściowym odcinku rzeki dochodzi do całkowitego lub częściowego mieszania się wód rzecznych ze słonymi wodami morskimi lub do stanu uwarstwienia, kiedy obserwuje się dużą różnicę w zasoleniu wód powierzchniowych i podwodnych. Im dalej do ujścia rzeki wnika słona woda, tym większa głębokość koryta i gęstość (zasolenie) wody morskiej oraz mniejszy przepływ wody rzecznej.

Mity i legendy.

Przez długi czas przyczyny uderzeń gorąca pozostawały niezrozumiałe. W starożytności wyjaśniano je tchnieniem bóstwa Oceanu żyjącego w morzu lub wynikiem tchnienia planety. Poczyniono również inne fantastyczne założenia dotyczące charakteru pływów. (patrz także s. Historia badań)

Woda wznosi się i opada. To jest zjawisko pływów morskich. Już w starożytności obserwatorzy zauważyli, że przypływ następuje jakiś czas po kulminacji Księżyca w miejscu obserwacji. Co więcej, pływy są najsilniejsze w dni nowiu i pełni księżyca, kiedy środki Księżyca i Słońca znajdują się mniej więcej w tej samej linii prostej.

Biorąc to pod uwagę, I. Newton wyjaśnił pływy przez działanie grawitacji Księżyca i Słońca, a mianowicie, że różne części Ziemi są przyciągane przez Księżyc na różne sposoby.

Ziemia obraca się wokół własnej osi znacznie szybciej niż Księżyc krąży wokół Ziemi. W rezultacie garb pływowy (względne położenie Ziemi i Księżyca pokazano na ryc. 38) porusza się, fala pływowa biegnie wzdłuż Ziemi i powstają prądy pływowe. Podczas zbliżania się do brzegu wysokość fali wzrasta wraz z podnoszeniem się dna. Na morzach śródlądowych wysokość fali pływowej wynosi tylko kilka centymetrów, podczas gdy na otwartym oceanie dochodzi do około jednego metra. W dobrze położonych wąskich zatokach wysokość przypływu wzrasta kilkakrotnie.

Tarciu wody o dno, a także deformacji stałej powłoki Ziemi, towarzyszy wydzielanie się ciepła, które prowadzi do rozproszenia energii układu Ziemia-Księżyc. Ponieważ garb pływowy znajduje się na wschód, maksymalny pływ następuje po kulminacji Księżyca, przyciąganie garbu powoduje przyspieszenie Księżyca i spowolnienie obrotu Ziemi. Księżyc stopniowo oddala się od ziemi. Rzeczywiście, dane geologiczne pokazują, że w okresie jurajskim (190-130 milionów lat temu) pływy były znacznie wyższe, a dzień krótszy. Należy zauważyć, że gdy odległość do Księżyca zmniejsza się dwukrotnie, wysokość przypływu wzrasta ośmiokrotnie. Obecnie doba rośnie o 0,00017 s rocznie. Tak więc za około 1,5 miliarda lat ich długość wzrośnie do 40 dni współczesnych. Miesiąc będzie miał taką samą długość. W rezultacie Ziemia i Księżyc będą zawsze zwrócone do siebie tą samą stroną. Potem Księżyc zacznie stopniowo zbliżać się do Ziemi i za kolejne 2-3 miliardy lat zostanie rozerwany przez siły pływowe (jeśli oczywiście do tego czasu Układ Słoneczny nadal będzie istniał).

Wpływ księżyca na przypływ

Rozważmy, idąc za Newtonem, bardziej szczegółowo pływy spowodowane przyciąganiem Księżyca, ponieważ wpływ Słońca jest znacznie (2,2 razy) mniejszy.

Zapiszmy wyrażenia na przyspieszenia wywołane przyciąganiem Księżyca dla różnych punktów Ziemi, biorąc pod uwagę, że przyspieszenia te są takie same dla wszystkich ciał w danym punkcie przestrzeni. W bezwładnościowym układzie odniesienia związanym ze środkiem masy układu wartości przyspieszenia będą wynosić:

A A \u003d -GM / (R - r) 2, B \u003d GM / (R + r) 2, a O \u003d -GM / R 2,

gdzie A, aO, B są przyspieszenia spowodowane przyciąganiem Księżyca w punktach A, O, B(ryc. 37); M to masa księżyca; r jest promień Ziemi; R- odległość między środkami Ziemi i Księżyca (do obliczeń można przyjąć równą 60 r); G jest stałą grawitacyjną.

Ale żyjemy na Ziemi i wszystkie obserwacje prowadzone są w układzie odniesienia związanym ze środkiem Ziemi, a nie ze środkiem masy Ziemia-Księżyc. Aby przejść do tego systemu, należy od wszystkich przyspieszeń odjąć przyspieszenie środka Ziemi. Następnie

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

Zróbmy nawiasy i weźmy to pod uwagę r niewiele w porównaniu do R i można je pominąć w sumach i różnicach. Następnie

A’ A \u003d -GM / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 \u003d GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R - r) 2 \u003d -2GM ☾ r / R 3.

Przyspieszenia a’A oraz a’B identyczny moduł, przeciwny w kierunku, każdy skierowany od środka Ziemi. Nazywają się przyspieszenia pływowe. W punktach C oraz D przyspieszenia pływowe, mniejsze i skierowane w stronę środka Ziemi.

Przyspieszenia pływowe nazywane są przyspieszeniami powstającymi w układzie odniesienia związanym z ciałem ze względu na fakt, że ze względu na skończone wymiary tego ciała, jego różne części są w różny sposób przyciągane przez zakłócające ciało. W punktach A oraz B przyspieszenie ziemskie jest mniejsze niż w punktach C oraz D(Rys. 37). Dlatego, aby ciśnienie na tej samej głębokości było takie samo (jak w naczyniach połączonych) w tych punktach, woda musi się podnieść, tworząc tzw. garb pływowy. Obliczenia pokazują, że wzrost wody lub przypływ na otwartym oceanie wynosi około 40 cm, w wodach przybrzeżnych jest znacznie większy, a rekord wynosi około 18 m. Teoria Newtona nie może tego wyjaśnić.

Na wybrzeżach wielu mórz zewnętrznych można zobaczyć ciekawy obraz: sieci rybackie rozciągnięte są wzdłuż wybrzeża niedaleko wody. Co więcej, sieci te zakładano nie do suszenia, ale do połowu ryb. Jeśli zostaniesz na brzegu i będziesz obserwował morze, wszystko stanie się jasne. Teraz woda zaczyna się podnosić, a tam, gdzie jeszcze kilka godzin temu była mielizna, rozbrzmiewały fale. Gdy woda opadła, pojawiły się sieci, w których zaplątane ryby błyszczały łuskami. Rybacy, omijając sieci, zdjęli połów. materiał ze strony

Oto jak naoczny świadek opisuje początek przypływu: „Dotarliśmy do morza” – powiedział mi znajomy podróżnik. Rozejrzałem się z oszołomieniem. Przede mną naprawdę był brzeg: smuga zmarszczek, na wpół zakopany szkielet foki, rzadkie kawałki płetwy, fragmenty muszli. A poza tym rozciągała się płaska przestrzeń... i żadnego morza. Ale trzy godziny później nieruchoma linia horyzontu zaczęła oddychać, poruszyła się. A teraz fala morza migotała za nią. Fala przypływu przetoczyła się w niekontrolowany sposób po szarej powierzchni. Wyprzedzając się, fale wyszły na brzeg. Jedna po drugiej odległe skały tonęły - a dookoła widać tylko wodę. Rzuca mi solankę w twarz. Zamiast martwej równiny, przede mną żyje i oddycha woda.

Kiedy fala pływowa wpływa do zatoki w kształcie lejka, brzegi zatoki wydają się ją ściskać, dlatego wysokość przypływu wzrasta kilkakrotnie. Tak więc w Zatoce Fundy u wschodniego wybrzeża Ameryki Północnej wysokość przypływu sięga 18 m. W Europie najwyższe przypływy (do 13,5 metra) występują w Bretanii w pobliżu miasta Saint-Malo.

Bardzo często fala pływowa wchodzi do ust

Wpływ Księżyca na świat ziemski istnieje, ale nie jest wyraźny. To prawie niemożliwe, aby to zobaczyć. Jedynym zjawiskiem, które wyraźnie pokazuje wpływ grawitacji księżyca, jest wpływ księżyca na pływy. Nasi starożytni przodkowie kojarzyli je z Księżycem. I mieli całkowitą rację.

Jak księżyc wpływa na pływy?

W niektórych miejscach pływy są tak silne, że woda cofa się setki metrów od wybrzeża, odsłaniając dno, gdzie ludy żyjące na wybrzeżu zbierały owoce morza. Ale z nieubłaganą precyzją woda cofa się od brzegu ponownie. Jeśli nie wiesz, jak często występują przypływy, możesz być daleko od wybrzeża, a nawet umrzeć pod napierającą masą wody. Ludy przybrzeżne doskonale znały harmonogram przypływu i odpływu wód.

Zjawisko to występuje dwa razy dziennie. Co więcej, przypływy i odpływy występują nie tylko w morzach i oceanach. Księżyc ma wpływ na wszystkie źródła wody. Ale daleko od mórz jest to prawie niezauważalne: czasami woda trochę się podnosi, a potem trochę opada.

Wpływ księżyca na płyny

Płyn to jedyny naturalny pierwiastek, który porusza się za księżycem, powodując oscylacje. Kamienia lub domu nie można przyciągnąć do księżyca, ponieważ mają solidną konstrukcję. Plastyczna i plastyczna woda wyraźnie pokazuje wpływ masy księżycowej.

Co dzieje się podczas przypływu lub odpływu? Jak księżyc podnosi wodę? Księżyc najsilniej oddziałuje na wody mórz i oceanów z tej strony Ziemi, która w tej chwili jest zwrócona bezpośrednio do niego.

Jeśli spojrzysz w tym momencie na Ziemię, możesz zobaczyć, jak Księżyc przyciąga wody oceanów do siebie, podnosi je, a słup wody pęcznieje, tworząc „garb”, a raczej dwa „garby” - wysokie od strony, w której znajduje się Księżyc i mniej wyraźne po przeciwnej stronie.

„Garby” dokładnie podążają za ruchem Księżyca wokół Ziemi. Ponieważ światowy ocean jest jedną całością, a wody w nim komunikują się, garby przesuwają się od brzegu, a potem na brzeg. Ponieważ Księżyc dwukrotnie przechodzi przez punkty znajdujące się w odległości 180 stopni od siebie, obserwujemy dwa przypływy i dwa odpływy.

Odpływy i odpływy zgodnie z fazami księżyca

• Największe przypływy i odpływy występują na brzegach oceanów. W naszym kraju - nad brzegami Oceanu Arktycznego i Pacyfiku.
• Mniej znaczące pływy są charakterystyczne dla mórz śródlądowych.
• Jeszcze słabiej zjawisko to obserwuje się w jeziorach lub rzekach.
• Ale nawet na brzegach oceanów pływy są silniejsze o jednej porze roku, a słabsze o innej. Wiąże się to już z oddaleniem Księżyca od Ziemi.
• Im bliżej powierzchni naszej planety znajduje się Księżyc, tym silniejsze będą przypływy i odpływy. Im dalej - tym oczywiście słabiej.

Na masy wody wpływa nie tylko Księżyc, ale także Słońce. Jedynie odległość Ziemi od Słońca jest znacznie większa, więc nie zauważamy jej grawitacyjnej aktywności. Ale od dawna wiadomo, że czasami przypływy stają się bardzo silne. Dzieje się tak, gdy pojawia się nów lub pełnia księżyca.

Tutaj do gry wkracza moc Słońca. W tym momencie wszystkie trzy planety – Księżyc, Ziemia i Słońce – układają się w linii prostej. Na Ziemi działają już dwie siły przyciągania – zarówno Księżyc, jak i Słońce.

Naturalnie wzrasta wysokość wznoszenia i opadania wód. Najsilniejszy będzie łączny wpływ Księżyca i Słońca, gdy obie planety znajdują się po tej samej stronie Ziemi, to znaczy, gdy Księżyc znajduje się między Ziemią a Słońcem. A od strony Ziemi zwróconej ku Księżycowi podniesie się więcej wody.

Ta niesamowita właściwość Księżyca jest wykorzystywana przez ludzi do pozyskiwania darmowej energii. Na brzegach mórz i oceanów budowane są obecnie pływowe elektrownie wodne, które wytwarzają energię elektryczną dzięki „pracy” księżyca. Elektrownie wodne pływowe uważane są za najbardziej przyjazne dla środowiska. Działają zgodnie z naturalnymi rytmami i nie zanieczyszczają środowiska.

Przypływy i odpływy to okresowe podnoszenie i obniżanie się poziomu wody w oceanach i morzach.

Dwa razy w ciągu dnia, w odstępie około 12 godzin i 25 minut, woda w pobliżu brzegów oceanu lub otwartego morza podnosi się i jeśli nie ma barier, czasami zalewa duże przestrzenie - to jest 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. Na główną przyczynę przypływów i odpływów po raz pierwszy wskazał I. Newton - jest to przyciąganie Ziemi przez Księżyc, a raczej różnica między przyciąganiem Księżyca całej Ziemi jako całości a jego powłoką wodną .

Przypływy i odpływy wyjaśnione teorią Newtona

Przyciąganie Ziemi przez Księżyc składa się z przyciągania poszczególnych cząstek Ziemi przez Księżyc. Cząsteczki znajdujące się obecnie bliżej Księżyca są przez niego przyciągane silniej, a bardziej odległe są słabsze. Gdyby Ziemia była całkowicie stała, to ta różnica w sile przyciągania nie odgrywałaby żadnej roli. Ale Ziemia nie jest ciałem absolutnie stałym, dlatego różnica w siłach przyciągania cząstek znajdujących się w pobliżu powierzchni Ziemi i w pobliżu jej środka (ta różnica nazywana jest siłą pływową) przemieszcza cząstki względem siebie i Ziemia, a przede wszystkim jej skorupa wodna, jest zdeformowana.

W efekcie po stronie skierowanej w stronę Księżyca i po przeciwnej stronie woda unosi się, tworząc występy pływowe i tam gromadzi się nadmiar wody. Z tego powodu poziom wody w innych przeciwległych punktach Ziemi w tym czasie spada - tutaj jest odpływ.

Gdyby Ziemia się nie obracała, a Księżyc pozostawałby w bezruchu, to Ziemia wraz ze swoją powłoką wodną zawsze zachowywałaby ten sam wydłużony kształt. Ale Ziemia obraca się, a Księżyc okrąża Ziemię w około 24 godziny i 50 minut. W tym samym okresie występy pływowe podążają za Księżycem i poruszają się po powierzchni oceanów i mórz ze wschodu na zachód. Ponieważ istnieją 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 nieznacznie podnosi się podczas przejścia fali pływowej: około 1 m lub mniej, co pozostaje prawie niezauważalne dla żeglarzy. Ale u wybrzeży zauważalny jest nawet taki wzrost poziomu wody. 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 Kanady. W Rosji najwyższe pływy (13 m) występują w zatokach Gizhiginskaya i Penzhinskaya Morza Ochockiego. Na morzach śródlądowych (np. w Bałtyku czy Czarnym) pływy są prawie niezauważalne, ponieważ masy wody poruszające się wraz z falą pływów oceanicznych nie mają czasu na wniknięcie do takich mórz. Ale mimo wszystko w każdym morzu, a nawet jeziorze, z niewielką masą wody powstają niezależne fale pływowe. Na przykład wysokość pływów w Morzu Czarnym sięga zaledwie 10 cm.

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

Pływy i Słońce

Słońce również wpływa 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 i jej ciele stałym

Zjawiska pływowe zachodzą nie tylko w wodzie, ale także w powłoce powietrznej Ziemi. Nazywane są pływami atmosferycznymi. Pływy występują również w ciele stałym Ziemi, ponieważ Ziemia nie jest całkowicie stała. Oscylacje pionowe powierzchni Ziemi spowodowane pływami sięgają kilkudziesięciu centymetrów.

Praktyczne wykorzystanie przypływów i odpływów

Elektrownia pływowa to szczególny rodzaj elektrowni wodnej, która wykorzystuje energię pływów, ale w rzeczywistości energię kinetyczną obrotu Ziemi. Elektrownie pływowe budowane są na brzegach mórz, gdzie siły grawitacyjne Księżyca i Słońca zmieniają poziom wody dwa razy dziennie. Wahania poziomu wody w pobliżu wybrzeża mogą sięgać 18 metrów.

W 1967 r. u ujścia rzeki Rance zbudowano we Francji elektrownię pływową.

W Rosji od 1968 roku eksperymentalny TPP działa w Zatoce Kislaya na wybrzeżu Morza Barentsa.

Istnieją PES i za granicą - we Francji, Wielkiej Brytanii, Kanadzie, Chinach, Indiach, USA i innych krajach.

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

Przypływy i odpływy: tajemnice oceanu

Żeglarze doskonale wiedzieli, że przypływy są zjawiskiem codziennym. Ale ani zwykli mieszkańcy, ani uczone umysły nie mogli zrozumieć natury tych zmian. Już w V wieku pne filozofowie próbowali opisać i scharakteryzować ruch 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 „pływ” wiązało się z ruchem księżyca. Ale nie było możliwe wyjaśnienie tego procesu z naukowego punktu widzenia. Setki lat później naukowcy odkryli tę tajemnicę i podali dokładną definicję dziennej zmiany poziomu wody. Nauka oceanologiczna, która pojawiła się w XX wieku, ustaliła, że ​​przypływ jest podnoszeniem i spadkiem poziomu wody w oceanach z powodu 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 morza sięgają nawet szesnastu metrów. A mieszkańcy wybrzeża Morza Czarnego praktycznie w ogóle nie zauważają pływów, ponieważ są one najmniej znaczące na świecie.

Zwykle zmiana następuje dwa razy dziennie – rano i wieczorem. Ale na Morzu Południowochińskim falą jest ruch mas wody, który występuje tylko raz na dobę. Przede wszystkim zmiany poziomu morza są zauważalne w cieśninach lub innych wąskich gardłach. Jeśli zaobserwujesz, to gołym okiem zauważysz, jak szybko woda odpływa lub pojawia się. Czasami w ciągu kilku minut podnosi się do pięciu metrów.

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

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

W tym momencie, gdy Księżyc zbliża się do naszej planety, skorupa ziemska wygina się ku niemu łukiem. Powoduje to falę wody na powierzchni skorupy ziemskiej, jakby miała tendencję do podnoszenia się wyżej. Oddzielenie ziemskiego satelity powoduje spadek poziomu Oceanu Światowego.

Okres przypływów i odpływów na Ziemi

Ponieważ przypływ jest zjawiskiem regularnym, musi mieć swój własny, określony interwał ruchu. Oceanolodzy byli w stanie obliczyć dokładną godzinę dnia księżycowego. Termin ten jest zwykle nazywany obrotem księżyca wokół naszej planety, jest nieco dłuższy niż nasze zwykłe dwadzieścia cztery godziny. Każdego dnia pływy zmieniają się o pięćdziesiąt minut. Ten odstęp czasu jest niezbędny, aby fala „dogoniła” Księżyc, który porusza się o trzynaście stopni w ciągu dnia ziemskiego.

Wpływ pływów oceanicznych na rzeki

Już ustaliliśmy, czym jest przypływ, ale niewiele osób wie o wpływie tych oceanicznych oscylacji na naszą planetę. Co zaskakujące, nawet rzeki są dotknięte pływami oceanów, a czasami wynik tej interwencji jest niesamowicie przerażający.

Podczas przypływów fala, która weszła do ujścia rzeki, spotyka strumień świeżej 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 wypłukuje osady przybrzeżne i niszczy linię brzegową. Bor zatrzymuje się tak nagle, jak zaczął.

Naukowcy odnotowali przypadki, gdy potężny bor zawrócił rzeki lub całkowicie je zatrzymał. Nietrudno sobie wyobrazić, jak katastrofalne stały się te fenomenalne wydarzenia 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. Najtrudniejsza część dotyczy małych zwierząt żyjących w strefach przybrzeżnych. Muszą stale dostosowywać się do zmieniającego się poziomu wody. Dla wielu z nich pływy są sposobem na zmianę siedliska. Podczas przypływów małe skorupiaki zbliżają się do brzegu i znajdują pożywienie dla siebie, fala przypływu wciąga je głębiej w ocean.

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

Większość naukowców uważa, że ​​zanik takich zjawisk jak wahania poziomu oceanów doprowadzi do wyginięcia wielu żywych istot. Rzeczywiście, w tym 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 dotyczy terminu „pływ”. Jest to proces, który każdego roku przynosi coraz więcej tajemnic. Wielu ekspertów przypisuje prędkość obrotu Ziemi działaniu fal pływowych. Zgodnie z tą teorią pod wpływem pływów powstają one na swojej drodze, nieustannie pokonują opór skorupy ziemskiej. W rezultacie, prawie niezauważalnie dla ludzi, prędkość obrotu planety spada.

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

Aktywność człowieka i amplituda oscylacji Oceanu Światowego

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

Energia fali pływowej jest niewiarygodnie wysoka, dlatego od wielu lat powstają różne projekty budowy elektrowni na terenach o dużej amplitudzie ruchu mas wodnych. 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 absurdalna, a nowe elektrownie wykorzystujące fale pływowe wytwarzają energię, która zasila wiele miast.

Naukowcy widzą w tych projektach przyszłość rosyjskiej energetyki, ponieważ pozwalają nam bardziej ostrożnie traktować naturę i współpracować z nią.

Przypływy i odpływy to zjawiska naturalne, które jeszcze do niedawna były zupełnie niezbadane. Każde nowe odkrycie oceanologów prowadzi do jeszcze większych pytań w tej dziedzinie. Ale być może pewnego dnia naukowcy będą w stanie rozwikłać wszystkie tajemnice, jakie przypływ oceaniczny przedstawia ludzkości każdego dnia.