El nivel de la superficie del agua en los mares y océanos de nuestro planeta cambia periódicamente, fluctúa en ciertos intervalos. Estas fluctuaciones periódicas son reflujo y flujo del mar.
La imagen del flujo y reflujo del mar
Para visualizarte a ti mismo imagen del flujo y reflujo del mar, imagina que estás parado en la orilla del océano en pendiente, en alguna bahía, a 200-300 metros del agua. Hay muchos objetos diferentes en la arena: un ancla vieja, un poco más cerca una gran pila de piedra blanca. El casco de hierro de un bote pequeño, que se ha caído de costado, se encuentra no muy lejos. La parte inferior de su cuerpo en el arco está muy desgastada. Obviamente, una vez este barco, estando cerca de la costa, voló al ancla. Este accidente ocurrió, con toda probabilidad, durante la marea baja, y, al parecer, el barco lleva más de un año en este lugar, ya que casi todo su casco ha logrado cubrirse de herrumbre marrón. Te inclinas a considerar que el capitán desprevenido es el culpable del accidente del barco. Al parecer, el ancla fue el arma afilada con la que el barco cayó de costado golpeó. Está buscando este ancla y no la encuentra. ¿A dónde podría ir? Entonces notas que el agua ya se está acercando a un montón de piedras blancas, y luego adivinas que el ancla que viste ha sido inundada hace mucho tiempo por un maremoto. El agua "llega" a la orilla, sigue subiendo más y más hacia arriba. Ahora el montón de piedras blancas estaba casi todo escondido bajo el agua.Los fenómenos del reflujo y el flujo del mar
Los fenómenos del reflujo y el flujo del mar La gente ha estado asociada durante mucho tiempo con el movimiento de la luna, pero esta conexión siguió siendo un misterio hasta que el brillante matemático Isaac Newton no explicó sobre la base de la ley de la gravitación descubierta por él. El motivo de estos fenómenos es el efecto de la atracción de la Luna, ejercida sobre la capa de agua de la Tierra. Otro famoso Galileo Galilei conectó el reflujo y el flujo con la rotación de la Tierra y vio en esto una de las pruebas más razonables y confiables de la validez de las enseñanzas de Nicolás Copérnico, (más :). La Academia de Ciencias de París en 1738 anunció un premio al que dé la presentación más fundamentada de la teoría de las mareas. El premio luego recibió Euler, Maclaurin, D. Bernoulli y Cavalieri... Los tres primeros tomaron la ley de la gravedad de Newton como base de su trabajo, y el jesuita Cavalieri explicó las mareas sobre la base de la hipótesis del vórtice de Descartes. Sin embargo, las obras más destacadas en esta área pertenecen a Newton y Laplace, y toda la investigación posterior se basa en los hallazgos de estos grandes científicos.Cómo explicar el fenómeno del reflujo y el flujo.
Que tan claramente explicar el fenómeno del reflujo y el flujo... Si, por simplicidad, asumimos que la superficie de la tierra está completamente cubierta con una capa de agua y miramos el globo terráqueo desde uno de sus polos, entonces la imagen de las mareas marinas se puede presentar de la siguiente manera.Atracción lunar
La parte de la superficie de nuestro planeta que mira hacia la Luna está más cercana a ella; como resultado, está expuesto a una fuerza mayor atracción lunar que, por ejemplo, la parte central de nuestro planeta y, por tanto, es atraída hacia la Luna más que el resto de la Tierra. Debido a esto, se forma una joroba de marea en el lado que mira hacia la Luna. Simultáneamente a esto, en el lado opuesto de la Tierra, el menos sometido a la atracción de la Luna, aparece la misma joroba de marea. Por lo tanto, la tierra toma la forma de una figura algo alargada a lo largo de una línea recta que conecta los centros de nuestro planeta y la luna. Así, en dos lados opuestos de la Tierra, ubicados en una línea recta que pasa por los centros de la Tierra y la Luna, se forman dos grandes jorobas, dos enormes ampollas de agua... Al mismo tiempo, los otros dos lados de nuestro planeta, ubicados en un ángulo de noventa grados desde los puntos anteriores de marea máxima, están experimentando las mayores mareas de reflujo. Aquí el agua cae más que en cualquier otro lugar de la superficie del globo. La línea que conecta estos puntos durante la marea baja se reduce algo, y así se crea la impresión de un aumento en el alargamiento de la Tierra en la dirección de los puntos máximos de marea. Debido a la atracción lunar, estos puntos de marea máxima mantienen constantemente su posición relativa a la Luna, pero como la Tierra gira alrededor de su eje, durante la hora del día parecen moverse por toda la superficie del globo. Es por eso en cada zona durante el día hay dos mareas altas y dos mareas bajas.Flujo y reflujo solar
El sol, al igual que la luna, por la fuerza de su atracción produce reflujo y reflujo. Pero se encuentra a una distancia mucho mayor de nuestro planeta en comparación con la Luna, y las mareas solares que ocurren en la Tierra son casi dos veces y media más pequeñas que las lunares. Es por eso mareas solares, no se observan por separado, pero solo se considera su influencia en la magnitud de las mareas lunares. Por ejemplo, el mayor reflujo y flujo del mar ocurre durante las lunas llenas y las lunas nuevas, ya que en este momento la Tierra, la Luna y el Sol están en la misma línea recta, y nuestra luz del día por su atracción aumenta la atracción de la Luna. Por el contrario, cuando observamos la luna en el primer o en el último cuarto (fase), hay el menor reflujo y flujo del mar... Esto se debe al hecho de que en este caso la marea lunar coincide con Brillo Solar... La acción de la atracción lunar disminuye según la cantidad de atracción del Sol.Fricción de las mareas
« Fricción de las mareas»Lo que existe en nuestro planeta, a su vez, tiene un efecto sobre la órbita lunar, ya que el maremoto provocado por la atracción lunar tiene el efecto contrario sobre la luna, creando una tendencia a acelerar su movimiento. Como resultado, la Luna se aleja gradualmente de la Tierra, su período de revolución aumenta y, con toda probabilidad, se retrasa un poco en su movimiento.La magnitud de las mareas marinas
Además de la posición relativa en el espacio del Sol, la Tierra y la Luna, en la magnitud de las mareas marinas en cada zona en particular, se influye en la forma del fondo marino y la naturaleza del litoral. También se sabe que en mares cerrados, como, por ejemplo, en el Aral, Caspio, Azov y Black, casi no se observan reflujos y flujos. Difícilmente se pueden encontrar en océanos abiertos; aquí las mareas apenas llegan al metro, el nivel del agua sube muy levemente. Pero por otro lado, en algunas bahías hay mareas de tal magnitud colosal que el agua sube a una altura de más de diez metros y en algunos lugares inunda espacios colosales.
Flujo y reflujo en el aire y conchas sólidas de la Tierra
Flujo y reflujo también ocurre en el aire y conchas sólidas de la Tierra... Apenas notamos estos fenómenos en las capas inferiores de la atmósfera. A modo de comparación, señalemos que el reflujo y el flujo no se observan en el fondo de los océanos. Esta circunstancia se explica por el hecho de que principalmente las capas superiores de la envoltura de agua están involucradas en procesos de marea. El reflujo y el flujo en una envoltura de aire solo se pueden detectar con una observación a muy largo plazo de los cambios en la presión atmosférica. En cuanto a la corteza terrestre, cada una de sus partes debido a la acción de la marea y el reflujo de la luna se eleva dos veces durante el día y desciende dos veces en unos varios decímetros. En otras palabras, las fluctuaciones de la capa sólida de nuestro planeta son aproximadamente tres veces menores que las fluctuaciones en el nivel de la superficie de los océanos. Por lo tanto, nuestro planeta parece estar respirando todo el tiempo, haciendo respiraciones profundas y exhalaciones, y su capa exterior, como el pecho de un gran héroe milagroso, a veces se eleva un poco y luego cae. Estos procesos que ocurren en la capa sólida de la Tierra solo pueden detectarse con la ayuda de instrumentos utilizados para registrar terremotos. se debe notar que El reflujo y el flujo ocurren en otros cuerpos del mundo. y tienen un impacto tremendo en su desarrollo. Si la Luna estuviera estacionaria en relación con la Tierra, entonces, en ausencia de otros factores que afecten el retraso del maremoto, en cualquier parte del mundo cada 6 horas habría dos mareas altas y dos mareas bajas por día. Pero como la Luna gira continuamente alrededor de la Tierra y, además, en la misma dirección en la que gira nuestro planeta alrededor de su eje, se obtiene un cierto retraso: la Tierra logra girar a la Luna con cada una de sus partes no dentro de un día, pero aproximadamente a las 24 horas y 50 minutos. Por tanto, en cada localidad, el reflujo o reflujo no dura exactamente 6 horas, sino unas 6 horas y 12,5 minutos.Flujo y reflujo alternos
Además, cabe señalar que la corrección flujo y reflujo alternos se viola dependiendo de la naturaleza de la ubicación de los continentes en nuestro planeta y del continuo rozamiento del agua en la superficie de la Tierra. Estas irregularidades de alternancia a veces alcanzan varias horas. Así, el agua "más alta" no se produce en el momento del clímax de la Luna, como sigue según la teoría, sino varias horas después del paso de la Luna por el meridiano; este retraso se denomina hora aplicada del puerto y en ocasiones llega a las 12 horas. Anteriormente, se creía ampliamente que el reflujo y el flujo del mar estaban asociados con las corrientes marinas. Ahora todo el mundo sabe que se trata de fenómenos de diferente orden. Una marea es un tipo de movimiento ondulatorio, similar al que ocurre debido al viento. Cuando se acerca un maremoto, un objeto flotante oscila, como con una ola que surge del viento, hacia adelante y hacia atrás, hacia abajo y hacia arriba, pero no es arrastrado por él como una corriente. El período del maremoto es de aproximadamente 12 horas y 25 minutos, y después de este período de tiempo, el objeto generalmente regresa a su posición original. La fuerza que causa los sofocos es muchas veces menor que la fuerza de la gravedad.... Mientras que la fuerza de atracción es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los cuerpos atraídos, la fuerza que causa las mareas es aproximadamente es inversamente proporcional al cubo de esta distancia en lugar de cuadrarlo.Sigamos hablando de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos celestes y los efectos resultantes. Hoy hablaré sobre mareas y perturbaciones no gravitacionales.
¿Qué significa esto - "perturbaciones no gravitacionales"? Las perturbaciones generalmente se denominan pequeñas correcciones a una fuerza principal grande. Es decir, hablaremos de algunas fuerzas, cuya influencia sobre el objeto es mucho menor que la gravitacional.
¿Qué otras fuerzas existen en la naturaleza además de la gravedad? Dejamos de lado las interacciones nucleares fuertes y débiles, son de naturaleza local (actúan a distancias extremadamente pequeñas). Pero el electromagnetismo, como saben, es mucho más fuerte que la gravedad y se propaga tan lejos, infinitamente. Pero como las cargas eléctricas de signos opuestos suelen estar equilibradas y la "carga" gravitacional (cuyo papel desempeña la masa) es siempre del mismo signo, entonces con masas suficientemente grandes, por supuesto, la gravedad pasa a primer plano. Entonces, en realidad, hablaremos de perturbaciones en el movimiento de los cuerpos celestes bajo la influencia de un campo electromagnético. No hay más opciones, aunque todavía hay energía oscura, pero sobre eso más adelante, cuando se trata de cosmología.
Como les dije, la simple ley de gravitación de Newton F = GRAMO∙METRO∙metro/R² es muy conveniente de usar en astronomía, porque la mayoría de los cuerpos tienen una forma cercana a la esférica y están lo suficientemente distantes entre sí, de modo que al calcularlos pueden ser reemplazados por puntos, objetos puntuales que contienen toda su masa. Pero un cuerpo de tamaño finito, comparable a la distancia entre cuerpos vecinos, sin embargo, experimenta un efecto de fuerza diferente en sus diferentes partes, porque estas partes están alejadas de manera diferente de las fuentes de gravedad, y esto debe tenerse en cuenta.
La atracción se aplana y se desgarra
Para sentir el efecto de la marea, hagamos un experimento mental popular entre los físicos: imaginemos que estamos en un ascensor que cae libremente. Corta la cuerda que sujeta la cabina y empieza a caer. Hasta que caigamos, podemos observar lo que sucede a nuestro alrededor. Colgamos misas libres y observamos cómo se comportan. Primero, caen sincrónicamente, y decimos: esto es ingravidez, porque todos los objetos en esta cabina y ella misma sienten aproximadamente la misma aceleración de la gravedad.
Pero con el tiempo, nuestros puntos materiales comenzarán a cambiar su configuración. ¿Por qué? Debido a que el inferior al principio estaba un poco más cerca del centro de gravedad que el superior, el inferior, atrayendo con más fuerza, comienza a superar al superior. Y los puntos laterales siempre permanecen a la misma distancia del centro de gravedad, pero a medida que se acercan a él comienzan a acercarse, porque las aceleraciones de igual magnitud no son paralelas. Como resultado, el sistema de objetos no relacionados se deforma. A esto se le llama efecto de marea.
Desde el punto de vista de un observador que ha esparcido cereales a su alrededor y observa cómo se mueven los granos individuales mientras todo este sistema cae sobre un objeto masivo, se puede introducir un concepto como un campo de fuerzas de marea. Definamos estas fuerzas en cada punto como la diferencia vectorial entre la aceleración gravitacional en este punto y la aceleración del observador o el centro de masa, y si tomamos solo el primer término de la expansión en la serie de Taylor en términos de distancia, obtenemos una imagen simétrica: los granos cercanos estarán por delante del observador, los lejanos se retrasarán detrás de él, es decir el sistema se estirará a lo largo del eje dirigido al objeto gravitante y, a lo largo de las direcciones perpendiculares a él, las partículas se presionarán contra el observador.
¿Qué crees que pasará cuando un planeta sea arrastrado a un agujero negro? Aquellos que no han escuchado conferencias sobre astronomía generalmente piensan que un agujero negro arrancará materia solo de la superficie que se enfrenta a sí mismo. Sin que ellos lo sepan, el efecto es casi tan fuerte en el reverso de un cuerpo en caída libre. Aquellos. se rompe en dos direcciones diametralmente opuestas, de ninguna manera en una.
Los peligros del espacio ultraterrestre
Para mostrar lo importante que es tener en cuenta el efecto de las mareas, tome la Estación Espacial Internacional. Ella, como todos los satélites de la Tierra, cae libremente en el campo gravitacional (si los motores no están encendidos). Y el campo de fuerzas de marea a su alrededor es algo bastante tangible, por lo tanto, cuando un astronauta trabaja en el lado exterior de la estación, debe atarse a él y, como regla, con dos cables, por si acaso, usted Nunca se sabe lo que podría pasar. Y si resulta estar desapegado en esas condiciones en las que las fuerzas de la marea lo están alejando del centro de la estación, puede perder fácilmente el contacto con ella. Esto sucede a menudo con las herramientas, porque no puede atarlas todas. Si algo se cae de las manos del astronauta, este objeto se aleja y se convierte en un satélite independiente de la Tierra.
El plan de trabajo de la ISS incluye pruebas en el espacio exterior de un jetpack individual. Y cuando su motor falla, las fuerzas de la marea se llevan al astronauta y lo perdemos. Los nombres de los desaparecidos están clasificados.
Esto es, por supuesto, una broma: afortunadamente, todavía no ha habido tal incidente. ¡Pero esto muy bien podría haber sucedido! Y podría suceder algún día.
Planeta océano
Regresemos a la Tierra. Este es el objeto más interesante para nosotros, y las fuerzas de marea que actúan sobre él se sienten de manera bastante notable. ¿Desde qué cuerpos celestes actúan? La principal es la Luna, porque está cerca. El siguiente impacto más grande es el Sol, porque es masivo. El resto de planetas también tiene alguna influencia sobre la Tierra, pero es apenas perceptible.
Para analizar el impacto gravitacional externo sobre la Tierra, se suele representar como una esfera sólida cubierta por una capa líquida. Este no es un mal modelo, ya que nuestro planeta tiene una capa móvil en forma de océano y atmósfera, y todo lo demás es bastante sólido. Aunque la corteza terrestre y las capas internas tienen una rigidez limitada y son levemente marejadas, su deformación elástica puede despreciarse al calcular el efecto producido en el océano.
Si dibujamos los vectores de las fuerzas de las mareas en el sistema de centro de masa de la Tierra, obtenemos la siguiente imagen: el campo de fuerza de las mareas tira del océano a lo largo del eje "Tierra - Luna", y en el plano perpendicular a él lo empuja hacia el centro. de la tierra. Así, el planeta (en cualquier caso, su caparazón móvil) tiende a tomar la forma de un elipsoide. En este caso, aparecen dos protuberancias (se llaman jorobas de marea) en lados opuestos del globo: una mira hacia la Luna, la otra desde la Luna, y aparece una "protuberancia" en la franja entre ellos (más precisamente, la superficie del océano tiene una curvatura más baja allí).
Lo más interesante sucede en la brecha, donde el vector de fuerza de marea intenta desplazar la capa líquida a lo largo de la superficie de la tierra. Y esto es natural: si en un lugar desea elevar el mar y en otro lugar, para bajarlo, entonces debe mover el agua de allí para aquí. Y entre ellos, las fuerzas de las mareas llevan el agua al "punto sublunar" y al "punto anti-lunar".
Es muy fácil cuantificar el efecto de las mareas. La gravedad de la Tierra intenta hacer que el océano sea esférico, y la marea parte de la influencia lunar y solar, para estirarla a lo largo del eje. Si dejamos la Tierra sola y permitimos que caiga libremente sobre la Luna, entonces la altura del bulto alcanzaría aproximadamente medio metro, es decir, el océano se eleva sólo 50 cm por encima de su nivel medio. Si está navegando en un vapor en mar abierto o en el océano, medio metro no es perceptible. A esto se le llama marea estática.
En casi todos los exámenes me encuentro con un estudiante que afirma con seguridad que la marea ocurre solo en un lado de la Tierra, el que mira hacia la Luna. Como regla general, esto es lo que dice una niña. Pero sucede, aunque con menos frecuencia, que los jóvenes se equivocan en este asunto. Al mismo tiempo, en general, el conocimiento de la astronomía es más profundo entre las niñas. Sería interesante averiguar la razón de esta asimetría de "género de marea".Pero para crear una protuberancia de medio metro en el punto sublunar, debe destilar una gran cantidad de agua aquí. Pero la superficie de la Tierra no permanece estacionaria, gira rápidamente en relación con la dirección de la Luna y el Sol, haciendo una revolución completa en un día (y la Luna entra en órbita lentamente, una revolución alrededor de la Tierra en casi una mes). Por lo tanto, la joroba de la marea corre constantemente a lo largo de la superficie del océano, de modo que la superficie sólida de la Tierra en un día está 2 veces por debajo de la protuberancia de la marea y 2 veces por debajo del flujo y reflujo del nivel del océano. Estimemos: 40 mil kilómetros (la longitud del ecuador de la tierra) por día, esto es 463 metros por segundo. Esto significa que esta ola de medio metro, como un mini-tsunami, recorre las costas orientales de los continentes en la región ecuatorial a velocidad supersónica. En nuestras latitudes, la velocidad alcanza los 250-300 m / s, también bastante: aunque la ola no es muy alta, por inercia puede crear un gran efecto.
El segundo objeto en términos de escala de influencia sobre la Tierra es el Sol. Está 400 veces más lejos de nosotros que la Luna, pero 27 millones de veces más masivo. Por lo tanto, los efectos de la Luna y del Sol son comparables en magnitud, aunque la Luna todavía actúa un poco más fuerte: el efecto de marea gravitacional del Sol es aproximadamente la mitad más débil que el de la Luna. A veces, su influencia se suma: esto sucede en una luna nueva, cuando la luna pasa sobre el fondo del sol, y en una luna llena, cuando la luna está en el lado opuesto del sol. En estos días, cuando la Tierra, la Luna y el Sol se alinean, y esto sucede cada dos semanas, el efecto de marea total es una vez y media mayor que el de la Luna sola. Y después de una semana, la Luna pasa un cuarto de su órbita y está en cuadratura con el Sol (un ángulo recto entre las direcciones en ellos), y luego su influencia se debilita entre sí. En promedio, la altura de las mareas en alta mar varía de un cuarto de metro a 75 centímetros.
Los navegantes conocen las mareas desde hace mucho tiempo. ¿Qué hace el capitán cuando el barco encalla? Si ha leído novelas de aventuras marinas, entonces sabrá que él ve de inmediato en qué fase se encuentra la luna y espera la próxima luna llena o luna nueva. Entonces la marea máxima puede levantar el barco y encallarlo.
Problemas y características costeras
Las mareas son especialmente importantes para los trabajadores portuarios y para la gente de mar que tiene la intención de llevar su barco dentro o fuera del puerto. Como regla general, el problema de las aguas poco profundas surge cerca de la costa y, para que no interfiera con el movimiento de los barcos, se cortan canales submarinos, calles artificiales, para ingresar a la bahía. Su profundidad debe tener en cuenta la altura de la marea baja máxima.
Si miramos la altura de las mareas en algún momento en el tiempo y dibujamos líneas de igual altura del agua en el mapa, obtenemos círculos concéntricos con centros en dos puntos (en el sublunar y anti-lunar), en los que la marea es máxima. . Si el plano orbital de la Luna coincidiera con el plano del ecuador de la Tierra, entonces estos puntos siempre se moverían a lo largo del ecuador y en un día (más precisamente, en 24ʰ 50ᵐ 28ˢ) harían una revolución completa. Sin embargo, la Luna no camina en este plano, sino cerca del plano de la eclíptica, en relación con el cual el ecuador está inclinado 23,5 grados. Por tanto, el punto sublunar "camina" también en latitud. Así, en el mismo puerto (es decir, en la misma latitud), la altura de la marea máxima, que se repite cada 12,5 horas, cambia durante el día en función de la orientación de la Luna con respecto al ecuador terrestre.
Esta "cosita" es importante para la teoría de las mareas. Miremos de nuevo: la Tierra gira sobre su eje y el plano de la órbita lunar está inclinado hacia ella. Por lo tanto, cada puerto "corre" alrededor del polo de la Tierra durante el día, una vez que cae en el área de la marea más alta, y después de 12,5 horas, nuevamente en el área de la marea, pero menos alta. Aquellos. dos mareas durante el día no tienen la misma altura. Uno es siempre más grande que el otro, porque el plano de la órbita lunar no se encuentra en el plano del ecuador terrestre.
Para los residentes costeros, el efecto de las mareas es vital. Por ejemplo, en Francia hay uno, que está conectado con el continente por una carretera asfaltada colocada a lo largo del fondo del estrecho. Mucha gente vive en la isla, pero no pueden utilizar este camino mientras el nivel del mar sea alto. Esta carretera solo se puede recorrer dos veces al día. La gente sube y espera la marea baja cuando el nivel del agua baja y la carretera se vuelve accesible. La gente viaja a la costa hacia y desde el trabajo, utilizando una tabla de mareas especial, que se publica para cada asentamiento en la costa. Si no se tiene en cuenta este fenómeno, el agua en el camino puede abrumar al peatón. Los turistas simplemente vienen allí y caminan para mirar el fondo del mar cuando no hay agua. Y los residentes locales recolectan algo del fondo, a veces incluso para comida, es decir, de hecho, este efecto alimenta a la gente.
La vida salió del océano gracias al flujo y reflujo. Como resultado de la marea baja, algunos animales costeros se encontraron en la arena y tuvieron que aprender a respirar oxígeno directamente de la atmósfera. Si no fuera por la Luna, entonces la vida, tal vez, no estaría abandonando el océano tan activamente, porque es bueno allí en todos los aspectos: un ambiente termostatizado, ingravidez. Pero si de repente llegaba a la orilla, tenía que sobrevivir de alguna manera.
La costa, especialmente si es plana, está muy expuesta durante la marea baja. Y durante algún tiempo la gente pierde la oportunidad de usar su embarcación flotante, yaciendo impotentes como ballenas en la orilla. Pero hay algo útil en esto, porque el período de marea baja se puede utilizar para reparar barcos, especialmente en alguna bahía: los barcos zarparon, luego se fue el agua y se pueden reparar en este momento.
Por ejemplo, hay una bahía de Fundy en la costa este de Canadá, que se dice que tiene las mareas más altas del mundo: la caída del nivel del agua puede alcanzar los 16 metros, lo que se considera un récord para una marea marina en la Tierra. Los marineros se han adaptado a esta propiedad: con la marea alta, llevan el barco a la orilla, lo fortalecen, y cuando el agua se va, el barco cuelga y puede hundirse en el fondo.
Durante mucho tiempo, la gente comenzó a monitorear y registrar regularmente los momentos y características de las mareas altas para aprender a predecir este fenómeno. Pronto inventado mareógrafo- un dispositivo en el que el flotador se mueve hacia arriba y hacia abajo según el nivel del mar, y las lecturas se dibujan automáticamente en papel en forma de gráfico. Por cierto, los instrumentos de medición apenas han cambiado desde el momento de las primeras observaciones hasta el día de hoy.
Sobre la base de una gran cantidad de registros hidrográficos, los matemáticos intentan crear una teoría de las mareas. Si tiene un registro a largo plazo de un proceso periódico, puede descomponerlo en armónicos elementales: diferentes amplitudes de una sinusoide con múltiples períodos. Y luego, habiendo determinado los parámetros de los armónicos, extender la curva total hacia el futuro y, sobre esta base, hacer tablas de mareas. Ahora esas tablas se publican para todos los puertos de la Tierra, y cualquier capitán que esté a punto de ingresar al puerto toma una tabla para él y mira cuándo habrá suficiente nivel de agua para su barco.
La historia más famosa asociada a los cálculos predictivos tuvo lugar durante la Segunda Guerra Mundial: en 1944, nuestros aliados - británicos y estadounidenses - iban a abrir un segundo frente contra la Alemania nazi, para ello era necesario aterrizar en la costa francesa. La costa norte de Francia es muy desagradable a este respecto: la costa es empinada, de 25 a 30 metros de altura y el fondo del océano es bastante poco profundo, por lo que los barcos pueden acercarse a la costa solo en los momentos de mareas máximas. Si encallaban, simplemente los dispararían con cañones. Para evitar esto, se creó una máquina de computación mecánica especial (electrónica aún no disponible). Realizó un análisis de Fourier de series de tiempo del nivel del mar utilizando tambores que giraban cada uno a su propia velocidad, a través de los cuales pasaba un cable de metal, que resumía todos los términos de la serie de Fourier, y una pluma conectada al cable escribió un gráfico de la altura de la marea en función del tiempo. Este fue un trabajo de alto secreto que avanzó en gran medida la teoría de las mareas, porque fue posible predecir el momento de la marea más alta con suficiente precisión, gracias a lo cual los barcos de transporte militar pesados navegaron a través del Canal y desembarcaron tropas en tierra. Entonces, los matemáticos y geofísicos han salvado la vida de muchas personas.
Algunos matemáticos intentan generalizar los datos a escala planetaria, tratando de crear una teoría unificada de las mareas, pero es difícil comparar registros tomados en diferentes lugares, porque la Tierra está muy equivocada. Es solo en una aproximación cero que un solo océano cubre toda la superficie del planeta, pero de hecho hay continentes y varios océanos débilmente conectados, y cada océano tiene su propia frecuencia de oscilaciones naturales.
Las discusiones anteriores sobre las fluctuaciones del nivel del mar bajo la influencia de la Luna y el Sol se referían a los espacios abiertos del océano, donde la aceleración de las mareas varía mucho de una costa a otra. Y en los cuerpos de agua locales, por ejemplo, los lagos, ¿puede la marea crear un efecto notable?
Parecería que no debería haberlo, porque en todos los puntos del lago la aceleración de las mareas es aproximadamente la misma, la diferencia es pequeña. Por ejemplo, en el centro de Europa está el lago de Ginebra, tiene solo unos 70 km de largo y no tiene nada que ver con los océanos, pero la gente ha notado desde hace mucho tiempo que hay importantes fluctuaciones diarias en el agua. ¿Por qué surgen?
Sí, la fuerza de las mareas es extremadamente pequeña. Pero lo principal es que es regular, es decir. actúa periódicamente. Todos los físicos son conscientes del efecto que, con la acción periódica de la fuerza, a veces provoca un aumento de la amplitud de las oscilaciones. Por ejemplo, tomas un plato de sopa en el comedor y. Esto significa que la frecuencia de sus pasos está en resonancia con las vibraciones naturales del líquido en la bandeja. Al notar esto, cambiamos drásticamente el ritmo de la caminata y la sopa "se calma". Cada cuerpo de agua tiene su propia frecuencia de resonancia básica. Y cuanto mayor sea el tamaño del depósito, menor será la frecuencia de las oscilaciones naturales del líquido que contiene. Entonces, en el lago de Ginebra, su propia frecuencia de resonancia resultó ser un múltiplo de la frecuencia de las mareas, y una pequeña influencia de las mareas "desdibuja" el lago de Ginebra, de modo que el nivel en sus orillas cambia notablemente. Estas ondas estacionarias de un largo período, que surgen en cuerpos de agua cerrados, se denominan seiches.
Energía de las mareas
Hoy en día, intentan asociar una de las fuentes de energía alternativas con el efecto marea. Como dije antes, el principal efecto de las mareas no es que el agua suba y baje. El efecto principal es una corriente de marea, que impulsa el agua alrededor de todo el planeta en un día.
En lugares poco profundos, este efecto es muy importante. En el área de Nueva Zelanda, los capitanes ni siquiera se arriesgan a escoltar barcos a través de algunos estrechos. Los veleros nunca han podido pasar por allí, y los barcos modernos apenas pueden pasar, porque el fondo es poco profundo y las corrientes de las mareas tienen una velocidad tremenda.
Pero una vez que el agua fluye, esta energía cinética se puede utilizar. Y ya se han construido plantas de energía, en las que las turbinas giran hacia adelante y hacia atrás debido a la marea y el reflujo. Son bastante viables. La primera planta de energía mareomotriz (TPP) se hizo en Francia, sigue siendo la más grande del mundo, con una capacidad de 240 MW. En comparación con la central hidroeléctrica, no hace tanto calor, por supuesto, pero sirve a las zonas rurales más cercanas.
Cuanto más cerca del polo, menor es la velocidad del maremoto, por lo tanto, en Rusia no hay costas con mareas muy poderosas. En general, tenemos pocas salidas al mar, y la costa del Océano Ártico para utilizar la energía de las mareas no es particularmente rentable también porque la marea impulsa el agua de este a oeste. Aún así, hay lugares adecuados para PES, por ejemplo, el labio Kislaya.
El hecho es que en las bahías, la marea siempre crea un efecto mayor: la ola se precipita, se precipita hacia la bahía y se estrecha, se estrecha, y la amplitud aumenta. Un proceso similar ocurre como si se hiciera clic en el látigo: primero, una onda larga viaja lentamente a lo largo del látigo, pero luego la masa de la parte del látigo involucrada en el movimiento disminuye, por lo que la velocidad aumenta (impulso mv¡persiste!) y alcanza el extremo supersónico hasta el extremo estrecho, como resultado de lo cual escuchamos un clic.
Al crear un TPP Kislogubskaya experimental de pequeña capacidad, los ingenieros de energía intentaron comprender con qué eficiencia se pueden utilizar las mareas en las latitudes circumpolares para generar electricidad. No tiene un significado económico particular. Sin embargo, ahora hay un proyecto de un TPP ruso muy poderoso (Mezenskaya): 8 gigavatios. Para lograr esta colosal capacidad, es necesario bloquear una gran bahía, que separa el Mar Blanco del Barents por una presa. Es cierto que es muy dudoso que esto se haga mientras tengamos petróleo y gas.
Pasado y futuro de las mareas
Por cierto, ¿de dónde viene la energía de las mareas? La turbina está girando, se está generando electricidad y ¿qué objeto está perdiendo energía?
Dado que la fuente de la energía de la marea es la rotación de la Tierra, dado que la extraemos, la rotación debería ralentizarse. Parecería que la Tierra tiene fuentes internas de energía (el calor de las entrañas proviene de procesos geoquímicos y la desintegración de elementos radiactivos), hay algo para compensar la pérdida de energía cinética. Esto es así, pero el flujo de energía, que se extiende en promedio casi uniformemente en todas las direcciones, difícilmente puede afectar significativamente el momento angular y cambiar la rotación.
Si la Tierra no girara, las jorobas de las mareas apuntarían exactamente en la dirección de la Luna y en la dirección opuesta. Pero, al girar, el cuerpo de la Tierra los lleva hacia adelante en la dirección de su rotación, y existe una discrepancia constante entre el pico de la marea y el punto sublunar de 3-4 grados. ¿A qué conduce esto? La joroba, que está más cerca de la luna, se siente atraída por ella con más fuerza. Esta gravedad tiende a ralentizar la rotación de la Tierra. Y la joroba opuesta está más lejos de la Luna, intenta acelerar la rotación, pero es atraída más débil, por lo tanto, el momento de fuerzas resultante tiene un efecto de frenado en la rotación de la Tierra.
Entonces, nuestro planeta está disminuyendo constantemente su velocidad de rotación (aunque no con bastante regularidad, en saltos, lo que está asociado con las peculiaridades de la transferencia de masa en los océanos y la atmósfera). ¿Y cuál es el impacto de las mareas terrestres en la luna? La protuberancia de la marea cercana arrastra a la luna con ella, la lejana, por el contrario, la frena. La primera fuerza es mayor, como resultado, la Luna se está acelerando. Ahora, recuerde de la conferencia anterior, ¿qué le sucede a un satélite que es empujado a la fuerza hacia adelante en movimiento? A medida que aumenta su energía, se aleja del planeta y su velocidad angular disminuye al mismo tiempo, porque aumenta el radio de su órbita. Por cierto, se notó un aumento en el período de la revolución de la Luna alrededor de la Tierra en la época de Newton.
En términos de números, la Luna se aleja de nosotros unos 3,5 cm por año, y la duración del día terrestre cada cien años aumenta en una centésima de segundo. Parece una tontería, pero recuerde que la Tierra ha existido durante miles de millones de años. Es fácil calcular que en la época de los dinosaurios había alrededor de 18 horas en un día (las horas actuales, por supuesto).
A medida que la luna se aleja, las fuerzas de las mareas se vuelven más pequeñas. Pero siempre se alejaba, y si miramos hacia atrás en el tiempo, veremos que antes la Luna estaba más cerca de la Tierra, lo que significa que las mareas estaban más altas. Puede estimar, por ejemplo, que en la era Arcaica, hace 3 mil millones de años, las mareas tenían un kilómetro de altura.
Fenómenos de mareas en otros planetas
Por supuesto, en los sistemas de otros planetas con satélites, ocurren los mismos fenómenos. Júpiter, por ejemplo, es un planeta muy masivo con una gran cantidad de satélites. Sus cuatro lunas más grandes (se llaman galileas, porque Galileo las descubrió) están influenciadas por Júpiter de manera bastante tangible. El más cercano de ellos, Io, está completamente cubierto de volcanes, entre los cuales hay más de cincuenta activos, y arrojan materia "sobrante" a 250-300 km hacia arriba. Este descubrimiento fue bastante inesperado: no hay volcanes tan poderosos en la Tierra, pero aquí hay un cuerpo pequeño del tamaño de la luna, que debería haberse enfriado durante mucho tiempo, pero en cambio brilla con calor en todas direcciones. ¿Dónde está la fuente de esta energía?
La actividad volcánica de Io no fue una sorpresa para todos: seis meses antes de que la primera sonda volara a Júpiter, dos geofísicos estadounidenses publicaron un artículo en el que calculaban la influencia de las mareas de Júpiter en esta luna. Resultó ser tan grande que puede deformar el cuerpo del satélite. Y con la deformación, el calor siempre se libera. Cuando tomamos un trozo de plastilina fría y comenzamos a estrujarlo en nuestras manos, se vuelve suave, maleable después de varios apretones. Esto sucede no porque la mano lo haya calentado con su calor (será lo mismo si está aplastado en un tornillo de banco frío), sino porque la deformación le ha puesto energía mecánica, que se ha convertido en calor.
Pero, ¿por qué diablos la forma del satélite está cambiando bajo la influencia de las mareas de Júpiter? Parecería que, moviéndose en una órbita circular y girando sincrónicamente, como nuestra Luna, una vez se convirtió en un elipsoide, ¿y no hay razón para posteriores distorsiones de la forma? Sin embargo, hay otros satélites cerca de Io; todos ellos hacen que su órbita (Io) se desplace un poco hacia adelante y hacia atrás: se acerca a Júpiter o retrocede. Esto significa que la influencia de las mareas se debilita o se intensifica, y la forma del cuerpo cambia todo el tiempo. Por cierto, todavía no he hablado de las mareas en el cuerpo sólido de la Tierra: ellas, por supuesto, también existen, no son tan altas, del orden de un decímetro. Si te sientas unas seis horas en tu lugar, gracias a las mareas, "caminarás" unos veinte centímetros con respecto al centro de la Tierra. Esta oscilación es imperceptible para una persona, por supuesto, pero los instrumentos geofísicos la registran.
A diferencia del sólido de la Tierra, la superficie de Io oscila con una amplitud de muchos kilómetros para cada período orbital. Una gran cantidad de energía de deformación se disipa en forma de calor y calienta los intestinos. Por cierto, los cráteres de meteoritos no son visibles en él, porque los volcanes arrojan constantemente materia fresca en toda la superficie. Tan pronto como se forma un cráter de impacto, en cien años los productos de la erupción de los volcanes vecinos se duermen. Trabajan de manera continua y muy poderosa, a esto se suman fallas en la corteza del planeta, por donde fluye de las profundidades el derretimiento de diversos minerales, principalmente azufre. A altas temperaturas, se oscurece, por lo que el chorro del cráter se ve negro. Y el borde de luz del volcán es una sustancia enfriada que cae alrededor del volcán. En nuestro planeta, la materia expulsada de un volcán suele ralentizarse por el aire y cae cerca del respiradero, formando un cono, pero en Io no hay atmósfera y vuela a lo largo de una trayectoria balística en todas direcciones. Quizás este sea un ejemplo del efecto de marea más poderoso del sistema solar.
La segunda luna de Júpiter, Europa, se parece a nuestra Antártida, está cubierta de una sólida corteza de hielo, agrietada aquí y allá, porque algo la deforma constantemente también. Dado que esta luna está más lejos de Júpiter, el efecto de marea no es tan fuerte aquí, pero también es bastante notable. Debajo de esta corteza de hielo hay un océano líquido: las imágenes muestran fuentes que brotan de algunas de las grietas abiertas. Bajo la influencia de las fuerzas de las mareas, el océano hierve y los campos de hielo flotan y chocan en su superficie, casi como lo hacemos en el Océano Ártico y frente a las costas de la Antártida. La conductividad eléctrica medida del fluido oceánico Europa indica que es agua salada. ¿Por qué no debería haber vida? Sería tentador colocar el dispositivo en una de las grietas y ver quién vive allí.
De hecho, no todos los planetas llegan a fin de mes. Por ejemplo, Encelado, la luna de Saturno, también tiene una corteza de hielo y un océano debajo. Pero los cálculos muestran que la energía de las mareas no es suficiente para mantener el océano bajo el hielo en estado líquido. Por supuesto, además de las mareas, cualquier cuerpo celeste tiene otras fuentes de energía, por ejemplo, elementos radiactivos en descomposición (uranio, torio, potasio), pero en los planetas pequeños difícilmente pueden desempeñar un papel significativo. Esto significa que todavía no entendemos algo.
El efecto de marea es extremadamente importante para las estrellas. Por qué, más sobre eso en la próxima conferencia.
El nivel de la superficie de los océanos y mares cambia periódicamente, aproximadamente dos veces al día. Estas fluctuaciones se denominan reflujo y flujo. Durante la marea alta, el nivel del océano aumenta gradualmente y alcanza su posición más alta. Durante la marea baja, el nivel desciende gradualmente hasta el nivel más bajo. Durante la marea alta, el agua fluye hacia la costa, durante la marea baja, desde la costa.
El flujo y reflujo está parado. Se forman debido a la influencia de cuerpos cósmicos como el Sol. Según las leyes de interacción de los cuerpos cósmicos, nuestro planeta y la Luna se atraen mutuamente. La atracción lunar es tan grande que la superficie del océano se inclina hacia ella. La luna se mueve alrededor de la Tierra y un maremoto "corre" tras ella a través del océano. Cuando la ola llega a la orilla, la marea está llegando. Pasará un poco de tiempo, el agua después de la Luna se alejará de la costa, esa es la marea baja. De acuerdo con las mismas leyes cósmicas universales, el reflujo y el flujo se forman a partir de la atracción del sol. Sin embargo, la fuerza de marea del Sol, debido a su lejanía, es mucho menor que la lunar, y si no hubiera Luna, entonces las mareas en la Tierra serían 2,17 veces menores. Newton dio por primera vez la explicación de las fuerzas de las mareas.
Las mareas varían en duración y magnitud. La mayoría de las veces, hay dos mareas altas y dos mareas bajas durante el día. En los arcos y costas de América Central y del Este, hay una marea alta y una marea baja durante el día.
La magnitud de las mareas es incluso más variada que su período. Teóricamente, una marea lunar es de 0,53 m, solar - 0,24 m, por lo que la marea más grande debería tener una altura de 0,77 m. En mar abierto y cerca de las islas, la marea está bastante cerca de la teórica: en las islas hawaianas. - 1 m, en la isla de Santa Elena - 1,1 m; en las islas - 1,7 m. En los continentes, el valor de la marea varía de 1,5 a 2 m. En los mares interiores, las mareas son muy insignificantes: - 13 cm, - 4,8 cm. Se considera libre de mareas, pero alrededor de Venecia. las mareas son de hasta 1 m. Las mayores se pueden observar las siguientes mareas registradas en:
En la bahía de Fundy (), la marea ha alcanzado una altura de 16-17 m, la marea más alta de todo el mundo.
En el norte, en la bahía de Penzhinskaya, la altura de la marea alcanzó los 12-14 m, la marea más alta de la costa de Rusia. Sin embargo, las tasas de marea anteriores son la excepción y no la regla. En la inmensa mayoría de los puntos de medición de mareas, son pequeños y rara vez superan los 2 m.
La importancia de las mareas es muy grande para la navegación marítima y la construcción de puertos. Cada maremoto transporta una gran cantidad de energía.
Para agotar las principales cuestiones relacionadas con la existencia de su satélite, la Luna, cerca de la Tierra, necesitamos decir algunas palabras sobre el fenómeno de las mareas. También es necesario responder a la última pregunta que se plantea en este libro: ¿de dónde vino la luna y cuál es su futuro? ¿Qué es la marea?
Durante las mareas altas, en las costas de los mares abiertos y océanos, el agua ataca las costas. Las costas bajas están literalmente abrumadas por enormes masas de agua. Grandes espacios están cubiertos de agua. El mar, por así decirlo, sobresale de las orillas y presiona la tierra. El agua del mar está subiendo claramente.
Durante las mareas altas (64), los barcos de alta mar tienen la oportunidad de entrar libremente en puertos de aguas relativamente poco profundas y estuarios de ríos que desembocan en los océanos.
El maremoto es muy alto en algunos lugares, alcanzando diez o más metros.
Pasan aproximadamente seis horas desde el inicio de la subida del agua, y la marea da paso al reflujo (65), el agua comienza gradualmente
amainar, el mar cerca de la costa se vuelve poco profundo y áreas importantes de la franja costera se liberan del agua. Recientemente, los vapores navegaban en estos lugares, y ahora los residentes deambulan por arena y grava húmedas y recolectan conchas, algas y otros "regalos" del mar.
¿Qué explica estos constantes reflujos y flujos? Se deben a la atracción que tiene la luna sobre la tierra.
La Tierra no solo atrae a la Luna, sino que la Luna también atrae a la Tierra. La gravedad de la Tierra afecta el movimiento de la Luna, obligando a la Luna a moverse en una trayectoria curva. Pero al mismo tiempo, la atracción de la Tierra cambia un poco la forma de la Luna. Sus partes que miran hacia la Tierra son atraídas por la Tierra más fuerte que otras partes. Por lo tanto, la Luna debería tener una forma algo alargada hacia la Tierra.
La atracción de la luna también afecta la forma de la tierra. En el lado que mira hacia la Luna en este momento, hay algo de hinchazón, estiramiento de la superficie de la tierra (66).
Las partículas de agua, como más móviles y con poca cohesión, son más susceptibles a esta atracción de la luna que las partículas de tierra firme. En este sentido, se crea un aumento muy notable del agua en los océanos.
Si la Tierra, como la Luna, estuviera siempre de cara a la Luna con el mismo lado, su forma sería algo alargada en la dirección de la Luna y no existirían reflujos y flujos alternos. Pero la Tierra gira en diferentes direcciones a todos los cuerpos celestes, incluida la Luna (rotación diurna). En este sentido, un maremoto, por así decirlo, corre a lo largo de la Tierra, corriendo detrás de la Luna, elevando el agua de los océanos más alto en las partes de la superficie de la tierra frente a ella en este momento. La marea debe alternarse con el reflujo.
Durante el día, la Tierra dará una vuelta alrededor de su eje. En consecuencia, exactamente un día después, las mismas partes de la superficie terrestre deberían estar orientadas hacia la luna. Pero sabemos que la Luna logra pasar parte de su trayectoria alrededor de la Tierra en un día, moviéndose en la misma dirección en la que gira la Tierra. Por lo tanto, el período se alarga, después de lo cual las mismas partes de la Tierra se convertirán en la Luna. Por lo tanto el ciclo de reflujo y reflujo no ocurre por día, sino a las 24 horas 51 minutos. Durante este período de tiempo, dos mareas y dos mareas de reflujo se alternan en la Tierra.
Pero, ¿por qué dos y no uno? Encontramos la explicación para esto recordando una vez más la ley de la gravitación universal. Según esta ley, la fuerza de atracción disminuye al aumentar la distancia y, además, es inversamente proporcional a su cuadrado: la distancia se duplica, la atracción se cuadriplica.
En el lado de la Tierra, directamente opuesto al que mira hacia la Luna, ocurre lo siguiente. Las partículas cercanas a la superficie de la Tierra son atraídas por la Luna más débiles que las partes internas de la Tierra. Tienden a la Luna menos que las partículas más cercanas a ella. Por lo tanto, la superficie de los mares aquí, por así decirlo, está algo por detrás de las partes internas sólidas del globo, y aquí también resulta ser una joroba de agua, una altura de marea mn, aproximadamente la misma que en el lado opuesto. Aquí, también, el maremoto corre en costas bajas. En consecuencia, las costas de los océanos estarán mareadas tanto cuando estas costas estén frente a la Luna como cuando la Luna esté en la dirección opuesta. Por lo tanto, en la Tierra debe haber necesariamente dos mareas altas y dos mareas bajas durante el período de una revolución completa de la Tierra alrededor de su eje.
Por supuesto, la marea también está influenciada por la gravedad del sol. Pero aunque el Sol tiene un tamaño colosal, está, sin embargo, mucho más lejos de la Tierra que la Luna. La influencia de las mareas es la mitad que la de la Luna (es solo 5/11 o 0,45 de la influencia de las mareas de la Luna).
La magnitud de cada marea también depende de la altura a la que se encuentre la luna en un momento dado. Al mismo tiempo, es completamente indiferente qué fase tiene la Luna en este momento y si es visible en el cielo. La luna puede quedarse en este momento no es visible en absoluto, es decir, estar en la misma dirección que el sol, y viceversa. Solo en el primer caso la marea en general será más fuerte de lo habitual, ya que a la atracción del Sol también se suma la atracción de la Luna.
El cálculo muestra que la fuerza de marea de la Luna es solo una nueve millonésima parte de la fuerza de gravedad en la Tierra, es decir, la fuerza con la que la Tierra es atraída hacia sí misma. Por supuesto, esta atracción de la Luna es insignificante. El aumento del agua en varios metros también es insignificante en comparación con el diámetro ecuatorial del globo, igual a 12,756,776 m. Pero el maremoto, incluso uno tan pequeño, es muy, como sabemos, perceptible para los habitantes de la Tierra. ubicado frente a las costas de los océanos.
