Влиянието на Луната върху земен святсъществува, но не е ясно изразен. Едва ли го виждаш. Единственият феномен, който видимо демонстрира ефекта от гравитацията на Луната, е влиянието на Луната върху приливите и отливите. Нашите древни предци са ги свързвали с Луната. И бяха абсолютно прави.
Как Луната влияе на приливите и отливите
Приливите и отливите са толкова силни на някои места, че водата се отдръпва на стотици метри от брега, разкривайки дъното, където хората, живеещи на брега, са събирали морски дарове. Но с неумолима точност водата, която се е оттеглила от брега, се търкаля обратно. Ако не знаете колко често се случват приливите и отливите, можете да се окажете далеч от брега и дори да умрете под настъпващата водна маса. Крайбрежните народи знаеха отлично графика на пристигането и заминаването на водите.
Това явление се случва два пъти на ден. Освен това приливи и отливи има не само в моретата и океаните. Всички водни източници се влияят от Луната. Но далеч от моретата е почти незабележимо: понякога водата се издига малко, понякога спада малко.
Влиянието на Луната върху течностите
Течността е единственият естествен елемент, който се движи зад Луната, като осцилира. Камъкът или къщата не могат да бъдат привлечени от Луната, защото имат солидна структура. Гъвката и пластична вода ясно демонстрира влиянието на лунната маса.
Какво се случва по време на прилив или отлив? Как луната повдига вода? Луната влияе най-силно върху водите на моретата и океаните от страната на Земята, т.е този моментадресирани директно до нея.
Ако погледнете Земята в този момент, можете да видите как Луната дърпа водите на световния океан към себе си, повдига ги и дебелината на водата се издува, образувайки „гърбица“, или по-скоро две „гърбици“ се появяват - високият от страната, където се намира Луната, и по-слабо изразеният от противоположната страна.
„Гърбиците“ точно следват движението на Луната около Земята. Тъй като световният океан е едно цяло и водите в него общуват, гърбиците се движат от бряг на бряг. Тъй като Луната преминава два пъти през точки, разположени на разстояние 180 градуса една от друга, наблюдаваме два прилива и два отлива.
Приливи и отливи в съответствие с фазите на луната
- Най-високите приливи и отливи се случват по бреговете на океана. У нас - по бреговете на Арктика и Тихия океан.
- По-малко значителни приливи и отливи са характерни за вътрешните морета.
- Това явление се наблюдава още по-слабо в езера или реки.
- Но дори и по бреговете на океаните приливите и отливите са по-силни по едно време на годината и по-слаби по друго. Това вече се дължи на разстоянието на Луната от Земята.
- Колкото по-близо е Луната до повърхността на нашата планета, толкова по-силни ще бъдат приливите и отливите. Колкото по-напред отивате, толкова по-слабо естествено става.
Водните маси се влияят не само от Луната, но и от Слънцето. Само разстоянието от Земята до Слънцето е много по-голямо, така че не забелязваме неговата гравитационна активност. Но отдавна е известно, че понякога приливите и отливите стават много силни. Това се случва винаги, когато има новолуние или пълнолуние.
Тук се проявява силата на Слънцето. В този момент и трите планети - Луната, Земята и Слънцето - се подреждат в права линия. На Земята вече действат две гравитационни сили – и на Луната, и на Слънцето.
Естествено се увеличава височината на покачване и спадане на водите. Най-силният ще бъде съвместно влияниеЛуна и Слънце, когато и двете планети са от една и съща страна на Земята, тоест когато Луната стои между Земята и Слънцето. И по-силна водаще се издигне от страната на Земята, обърната към Луната.
Това невероятно свойствоЛуната се използва от хората за получаване на безплатна енергия. Сега на бреговете на морета и океани се изграждат приливни водноелектрически централи, които генерират електричество благодарение на „работата“ на Луната. Приливните водноелектрически централи се считат за най-екологични. Те работят според естествения ритъм и не замърсяват околната среда.
Прилив и отлив
ПриливИ отлив- периодични вертикални колебания в океанското или морското ниво, в резултат на промени в позициите на Луната и Слънцето спрямо Земята, съчетани с ефектите от въртенето и характеристиките на Земята дадено облекчениеи се проявява в периодични хоризонталнаизместване на водни маси. Приливите причиняват промени във височината на морското равнище, както и периодични течения, известни като приливни течения, което прави прогнозирането на приливите важно за крайбрежната навигация.
Интензивността на тези явления зависи от много фактори, но най-важният от тях е степента на връзка на водните тела със световния океан. Колкото по-затворено е водното тяло, толкова по-малка е степента на проявление на приливните явления.
Ежегодно повтарящият се приливен цикъл остава непроменен поради точната компенсация на силите на привличане между Слънцето и центъра на масата на планетарната двойка и силите на инерцията, приложени към този център.
Тъй като положението на Луната и Слънцето спрямо Земята се променя периодично, интензитетът на произтичащите от това приливни явления също се променя.
Отлив в Сен Мало
История
Отливите изиграха значителна роля в снабдяването на крайбрежното население с морски дарове, позволявайки те да бъдат събирани на изложените морско дъноядлива храна.
Терминология
Ниска вода (Бретан, Франция)
Максималното повърхностно ниво на водата при прилив се нарича пълен с вода, а минимумът по време на отлив е маловодие. В океана, където дъното е плоско и сушата е далече, пълна водасе появява като две „подутини“ на водната повърхност: едната от тях е разположена от страната на Луната, а другата е в противоположния край глобус. Може да има и още две по-малки подутини от страната, насочена към Слънцето и срещу него. Обяснение на този ефект може да се намери по-долу в раздела физика на приливите.
Тъй като Луната и Слънцето се движат спрямо Земята, водните гърбици също се движат с тях, образувайки се приливни вълниИ приливни течения. В открито море приливните течения имат ротационен характер, а край брега и в тесни заливи и проливи са възвратно-постъпателни.
Ако цялата Земя беше покрита с вода, щяхме да преживяваме два редовни прилива и отлива всеки ден. Но тъй като безпрепятственото разпространение на приливните вълни е възпрепятствано от сушата: острови и континенти, а също и поради действието на силата на Кориолис върху движещата се вода, вместо две приливни вълни има много малки вълни, които бавно (в повечето случаи с период от 12 часа 25,2 минути ) се движат около точка, наречена амфидромен, при което приливната амплитуда е нула. Доминиращият компонент на прилива (лунен прилив M2) образува около дузина амфидромни точки на повърхността на Световния океан, като вълната се движи по посока на часовниковата стрелка и приблизително същия брой обратно на часовниковата стрелка (вижте картата). Всичко това прави невъзможно да се предвиди времето на прилива само въз основа на позициите на Луната и Слънцето спрямо Земята. Вместо това те използват „годишник на приливите“ – справочно ръководство за изчисляване на времето на началото на приливите и техните височини в различни точки на земното кълбо. Използват се и таблици за приливи и отливи с данни за моментите и височини на ниски и високи води, изчислени една година предварително за главни приливни пристанища.
Приливна компонента M2
Ако свържем точки на картата с еднакви фази на приливи и отливи, получаваме т.нар котидални линии, радиално отклоняваща се от амфидромната точка. Обикновено котидалните линии характеризират позицията на гребена на приливната вълна за всеки час. Всъщност котидалните линии отразяват скоростта на разпространение на приливна вълна за 1 час. Наричат се карти, които показват линии с равни амплитуди и фази на приливни вълни котидални карти.
Височина на прилива- разлика между най-високо нивовода при прилив (висока вода) и най-ниското й ниво при отлив (ниска вода). Височината на прилива не е постоянна величина, но нейната средна стойност се дава при характеризиране на всеки участък от брега.
В зависимост от относителното положение на Луната и Слънцето, малките и големите приливни вълни могат да се подсилват взаимно. Исторически са разработени специални имена за такива приливи и отливи:
- Квадратурен прилив- най-ниският прилив, когато приливните сили на Луната и Слънцето действат под прав ъгъл една спрямо друга (тази позиция на осветителните тела се нарича квадратура).
- Пролетен прилив- най-високият прилив, когато приливните сили на Луната и Слънцето действат в една и съща посока (тази позиция на осветителните тела се нарича сизигия).
Колкото по-нисък или по-висок е приливът, толкова по-нисък или по-висок е отливът.
Най-високите приливи и отливи в света
Може да се наблюдава в залива Fundy (15,6-18 m), който се намира на източното крайбрежие на Канада между Ню Брунсуик и Нова Скотия.
На европейския континент най-високите приливи (до 13,5 м) се наблюдават в Бретан близо до град Сен Мало. Тук прилив на ентусиазъмсе фокусира върху бреговата линия на полуостровите Корнуол (Англия) и Котантен (Франция).
Физика на прилива
Съвременна формулировка
По отношение на планетата Земя причината за приливите и отливите е присъствието на планетата в гравитационното поле, създадено от Слънцето и Луната. Тъй като ефектите, които създават, са независими, въздействието на тези небесни тела върху Земята може да се разглежда отделно. В този случай за всяка двойка тела можем да приемем, че всяко от тях се върти наоколо общ центърземно притегляне. За двойката Земя-Слънце този център се намира дълбоко в Слънцето на разстояние 451 км от неговия център. За двойката Земя-Луна тя се намира дълбоко в Земята на разстояние 2/3 от нейния радиус.
Всяко от тези тела изпитва приливни сили, чийто източник е силата на гравитацията и вътрешните сили, които осигуряват целостта на небесното тяло, в ролята на които е силата на собственото му привличане, наричана по-нататък самогравитация. Появата на приливни сили може да се види най-ясно в системата Земя-Слънце.
Приливната сила е резултат от конкурентното взаимодействие на гравитационната сила, насочена към центъра на тежестта и намаляваща обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от него, и фиктивната центробежна инерционна сила, причинена от въртенето на небесното тяло. около този център. Тези сили, които са противоположни по посока, съвпадат по величина само в центъра на масата на всяко от небесните тела. Благодарение на действието вътрешни силиЗемята се върти около центъра на Слънцето като цяло с константа ъглова скоростза всеки елемент от съставната му маса. Следователно, когато този елемент на масата се отдалечава от центъра на тежестта, центробежната сила, действаща върху него, се увеличава пропорционално на квадрата на разстоянието. По-подробно разпределение на приливните сили в тяхната проекция върху равнината, перпендикулярна на равнинатаеклиптика, са показани на фиг. 1.
Фиг. 1 Диаграма на разпределението на приливните сили в проекция върху равнина, перпендикулярна на еклиптиката. Гравитиращото тяло е или отдясно, или отляво.
Възпроизвеждането на промени във формата на телата, изложени на тях, постигнато в резултат на действието на приливни сили, може, в съответствие с парадигмата на Нютон, да бъде постигнато само ако тези сили са напълно компенсирани от други сили, които могат да включват сила на всемирното притегляне.
Фиг. 2 Деформация на водната обвивка на Земята като следствие от баланса на приливната сила, силата на собствената гравитация и силата на реакция на водата към силата на компресия
В резултат на добавянето на тези сили, приливните сили възникват симетрично от двете страни на земното кълбо, насочени към различни страниОт него. Приливната сила, насочена към Слънцето, има гравитационен характер, докато силата, насочена встрани от Слънцето, е следствие от фиктивната сила на инерцията.
Тези сили са изключително слаби и не могат да се сравняват със силите на собствената гравитация (ускорението, което създават, е 10 милиона пъти по-малко от ускорението свободно падане). Те обаче причиняват изместване на водните частици на Световния океан (съпротивлението на срязване във водата при ниски скорости е практически нулево, докато на компресия е изключително високо), докато допирателната към повърхността на водата стане перпендикулярна на произтичаща сила.
В резултат на това на повърхността на световния океан се появява вълна, която заема постоянно положение в системи от взаимно гравитиращи тела, но се движи по повърхността на океана заедно с ежедневното движение на дъното и бреговете му. По този начин (без да се вземат предвид океанските течения), всяка частица вода претърпява осцилаторно движение нагоре и надолу два пъти през деня.
Хоризонтално движение на водата се наблюдава само в близост до брега в резултат на повишаване на нейното ниво. Колкото по-плитко е морското дъно, толкова по-голяма е скоростта на движение.
Приливен потенциал
(концепция на акад. Шулейкина)
Пренебрегвайки размера, структурата и формата на Луната, ние пишем специфична силапривличане на тестово тяло, разположено на Земята. Нека е радиус векторът, насочен от тестовото тяло към Луната, и нека е дължината на този вектор. В този случай силата на привличане на това тяло от Луната ще бъде равна на
където е селенометричната гравитационна константа. Нека поставим тестовото тяло в точка . Силата на привличане на тестово тяло, поставено в центъра на масата на Земята, ще бъде равна на
Тук и се разбира като радиус-вектор, свързващ центровете на масата на Земята и Луната и техните абсолютни стойности. Ще наречем приливна сила разликата между тези две гравитационни сили
Във формули (1) и (2) Луната се счита за топка със сферично симетрично разпределение на масата. Силовата функция на привличане на пробно тяло от Луната не се различава от силовата функция на привличане на топка и е равна на втората сила, приложена към центъра на масата на Земята и е строго постоянна стойност. За да получим функцията на силата за тази сила, въвеждаме времева координатна система. Нека начертаем оста от центъра на Земята и да я насочим към Луната. Посоките на другите две оси ще бъдат оставени произволни. Тогава силовата функция на силата ще бъде равна на . Приливен потенциалще бъде равна на разликата на тези две силови функции. Означаваме го , получаваме Константата се определя от условието за нормализиране, според което приливният потенциал в центъра на Земята е равен на нула. В центъра на Земята, това следва. Следователно, получаваме крайната формула за приливния потенциал във формата (4)
Тъй като
За малки стойности на , , последният израз може да бъде представен в следната форма
Замествайки (5) в (4), получаваме
Деформация на повърхността на планетата под влияние на приливите и отливите
Смущаващото влияние на приливния потенциал деформира изравнената повърхност на планетата. Нека оценим това въздействие, като приемем, че Земята е топка със сферично симетрично разпределение на масата. Невъзмутимият гравитационен потенциал на Земята на повърхността ще бъде равен на . За точка. , разположен на разстояние от центъра на сферата, гравитационният потенциал на Земята е равен на . Намалявайки с гравитационната константа, получаваме . Тук променливите са и . Нека обозначим съотношението на масите на гравитиращото тяло към масата на планетата гръцка букваи решете получения израз за:
Тъй като със същата степен на точност получаваме
Като се има предвид малката връзка последни изразиможе да се напише така
Така получихме уравнението на двуосен елипсоид, чиято ос на въртене съвпада с оста, т.е. с правата, свързваща гравитиращото тяло с центъра на Земята. Полуосите на този елипсоид очевидно са равни
Нека дадем малка цифрова илюстрация в края. този ефект. Нека изчислим приливната гърбица на Земята, причинена от привличането на Луната. Радиусът на Земята е равен на km, разстоянието между центровете на Земята и Луната, като се вземе предвид нестабилността на лунната орбита, е km, съотношението на масата на Земята към масата на Луната е 81:1. Очевидно, когато заместваме във формулата, получаваме стойност, приблизително равна на 36 cm.
Вижте също
Бележки
Литература
- Фриш С. А. и Тиморева А. В.добре обща физика, Учебник по физико, математически и физико-технически факултетидържавни университети, том I. M.: GITTL, 1957
- Шчулейкин В.В.Физика на морето. М .: Издателство "Наука", Отдел за земни науки на Академията на науките на СССР 1967 г.
- Войт С.С.Какво представляват приливите и отливите? Редакция на научно-популярната литература на Академията на науките на СССР
Връзки
- WXTide32 е безплатна програма за таблица за приливи и отливи
| Луна | ||
|---|---|---|
| Особености |  |
|
Моретата и океаните се отдалечават от брега два пъти на ден (отлив) и се приближават два пъти на ден (прилив). На някои водни обекти практически няма приливи и отливи, докато на други разликата между отлив и прилив по бреговата линия може да достигне до 16 метра. Повечето приливи и отливи са полудневни (два пъти на ден), но на някои места са дневни, т.е. нивото на водата се променя само веднъж на ден (един отлив и един прилив).
Приливите и отливите са най-забележими в крайбрежните ивици, но всъщност те преминават през цялата дебелина на океаните и други водни тела. В проливи и други тесни места отливите могат да достигнат много висока скорост – до 15 км/ч. По принцип явлението приливи и отливи се влияе от Луната, но до известна степен Слънцето също участва в това. Луната е много по-близо до Земята от Слънцето, така че влиянието й върху планетите е по-силно, въпреки че естественият спътник е много по-малък и двете небесни тела се въртят около звездата.
Влияние на Луната върху приливите и отливите
Ако континентите и островите не пречат на влиянието на Луната върху водата и цялата повърхност на Земята беше покрита от океан с еднаква дълбочина, тогава приливите и отливите биха изглеждали така. Поради силата на гравитацията частта от океана, която е най-близо до Луната, ще се издигне към естествен спътник, поради центробежната сила, противоположната част на резервоара също ще се издигне, това ще бъде прилив. Спадът на нивото на водата ще се случи по линия, която е перпендикулярна на ивицата на влияние на Луната, в тази част ще има отлив.
Слънцето също може да има известно влияние върху световните океани. На новолуние и пълнолуние, когато Луната и Слънцето са разположени в права линия със Земята, силата на привличане на двете светила се сумира, като по този начин причинява най-много силни приливи и отливии отливи. Ако тези небесни теласа перпендикулярни една на друга спрямо Земята, тогава двете сили на гравитацията ще си противодействат и приливите ще бъдат най-слаби, но все пак в полза на Луната.
Наличието на различни острови внася голямо разнообразие в движението на водата по време на приливи и отливи. На някои водни тела каналът и естествените препятствия под формата на земя (острови) играят важна роля, така че водата се влива и изтича неравномерно. Водите променят позицията си не само в зависимост от гравитацията на Луната, но и в зависимост от терена. В този случай, когато нивото на водата се промени, тя ще тече по пътя на най-малкото съпротивление, но в съответствие с влиянието на нощната звезда.
Нивото на повърхността на океаните и моретата се променя периодично, приблизително два пъти на ден. Тези колебания се наричат приливи и отливи. По време на прилив нивото на океана постепенно се повишава и достига най-високата си позиция. При отлив нивото постепенно пада до най-ниското си ниво. При прилив водата тече към бреговете, при отлив - встрани от бреговете.
Приливите и отливите стоят. Те се образуват поради влиянието на космически тела като Слънцето. Според законите на взаимодействие на космическите тела нашата планета и Луната взаимно се привличат. Лунната гравитация е толкова силна, че повърхността на океана сякаш се огъва към нея. Луната се движи около Земята, а приливна вълна „бяга“ зад нея през океана. Когато вълна достигне брега, това е приливът. Ще мине малко време, водата ще последва Луната и ще се отдалечи от брега - това е отливът. По същите универсални космически закони от привличането на Слънцето се образуват и приливи и отливи. Приливната сила на Слънцето обаче, поради разстоянието му, е значително по-малка от лунната и ако нямаше Луна, приливите и отливите на Земята щяха да бъдат 2,17 пъти по-малко. Обяснението на приливните сили е дадено за първи път от Нютон.
Приливите се различават един от друг по продължителност и величина. Най-често през деня има два прилива и два отлива. По дъгите и бреговете на Източна и Централна Америка има един прилив и един отлив на ден.
Големината на приливите е дори по-разнообразна от техния период. Теоретично един лунен прилив е равен на 0,53 m, слънчевият - 0,24 m. Така най-високият прилив трябва да има височина 0,77 m. открит океана в близост до островите приливът е доста близък до теоретичния: на Хавайските острови - 1 м, на остров Света Елена - 1,1 м; на островите - 1,7 м. На континентите величината на приливите варира от 1,5 до 2 м, приливите и отливите са много незначителни: - 4,8 см. Счита се за приливи и отливи приливите и отливите са следните:
В залива Fundy () приливът достигна височина от 16-17 m. Това е най-високият прилив в цялото земно кълбо.
На север, в Пенжинския залив, височината на прилива достигна 12-14 м. Това е най-високият прилив край бреговете на Русия. Горните данни за приливите обаче са по-скоро изключение, отколкото правило. В по-голямата част от точките за измерване на нивото на приливите те са малки и рядко надвишават 2 m.
Значението на приливите е много голямо за морското корабоплаване и изграждането на пристанища. Всяка приливна вълна носи огромно количество енергия.
Какво причинява приливи и отливи?
Жителите на повечето градове и села, разположени по бреговете на морета и океани, два пъти на ден могат да наблюдават един от най- интересни явленияприрода - редовни промени в нивото на водата, които се наричат приливи и отливи. Такива явления възникват поради наличието на гравитационна сила между Земята, Луната и Слънцето, както и поради центробежна сила, възникващи в резултат на въртенето на Земята, а следователно и на Луната, около Слънцето по определена траектория. Тази статия ще се съсредоточи върху най-високите приливи и отливи.
Приливи и отливи се случват два пъти на ден. Всяко такова явление продължава средно около 6 часа и 10 минути. След като достигне максималната си точка (т.нар. пълноводие), нивото на океана започва постепенно да се понижава, което също отнема около 6 часа, докато достигне своя минимум (нисководие). Приливите и отливите на приливите се виждат най-добре при наблюдение открито море, край океана или на морския бряг.
Рекордьор по приливи и отливи - Bay of Fundy
В зависимост от местоположението на планетата, приливите и отливите могат да се появят с различна честота. Например на брега на Централна Америка, на островните дъги, в източна АзияПриливи и отливи се случват само веднъж на ден. Но височината на приливите е много по-разнообразна от тяхната честота и зависи от много различни фактори. В открития океан и близо до островите височината на прилива е сравнително ниска: на Хавайските острови е приблизително 1,1 метра, на островите Фиджи - 1,8 метра, близо до Света Елена - 1,1 метра. Във вътрешните морета разликата в нивото на водата между прилива и отлива е много малка. В Черно море е само 14 см.
Но рекордьорът по най-високите приливи е заливът на Фънди, който мие бреговете на Канада и САЩ. Този залив е доста голям по размер: дължина - 300 км, дълбочина до 215 метра, а най-широката му част достига 90 км ширина. Повечето прилив, записан в залива на Фънди, достигна 18 метра, което вече е световен рекорд.
Порт Сейнт Джон
Порт Сейнт Джон, разположен на залива Фънди (бивш Френски залив), е уникална структура. Моряците трябваше да положат много усилия, за да се адаптират към особеностите местна природа, овладейте морето. Корабите могат да влизат в пристанището само по строг график, определено времедни.
Най-високият прилив край бреговете на Русия е регистриран в северната част на Охотско море, в Пенжинския залив. Височината му е 14 м. Такива високи цифри са постигнати само веднъж, в началото на миналия век.
