Nivelul suprafeței apei din mările și oceanele planetei noastre se schimbă periodic, fluctuează în anumite intervale. Aceste fluctuaţii periodice sunt fluxul și refluxul mării.
Imaginea fluxului și refluxului mării
Pentru a vizualiza imaginea fluxului și refluxului mării, imaginează-ți că stai pe un mal ocean în pantă, într-un golf, la 200-300 de metri de apă. Pe nisip sunt multe obiecte diferite - o ancoră veche, puțin mai aproape un morman mare de piatră albă. Coca de fier a unei bărci mici, care a căzut pe o parte, se află nu departe. Partea de jos a corpului său în prova este puternic afectată de intemperii. Evident, o dată această navă, nefiind departe de coastă, a zburat în ancoră. Acest accident s-a întâmplat, după toate probabilitățile, în timpul valului scăzut și, se pare, nava zace în acest loc de mai bine de un an, deoarece aproape toată coca sa a reușit să fie acoperită cu rugina maro. Sunteți înclinați să considerați căpitanul neprevăzut ca fiind vinovatul accidentului de navă. Aparent, ancora era arma ascuțită cu care nava a căzut pe o parte. Cauți această ancoră și nu o găsești. Unde ar putea merge? Apoi observi că apa se apropie deja de o grămadă de pietre albe și apoi ghici că ancora pe care ai văzut-o a fost de mult inundată de un val. Apa „vine” pe mal, continuă să urce din ce în ce mai sus. Acum grămada de pietre albe era aproape toată ascunsă sub apă.Fenomenele fluxului și refluxului mării
Fenomenele fluxului și refluxului mării oamenii au fost de multă vreme asociați cu mișcarea lunii, dar această legătură a rămas un mister până când genul matematician Isaac Newton nu s-a explicat pe baza legii gravitaţiei descoperită de el. Motivul acestor fenomene este acțiunea de atracție a Lunii, exercitată asupra învelișului de apă al Pământului. Un alt faimos Galileo Galilei a conectat fluxul și refluxul cu rotația Pământului și am văzut în aceasta una dintre cele mai rezonabile și de încredere dovezi ale validității învățăturilor lui Nicolaus Copernic, (mai mult:). Academia de Științe din Paris în 1738 a anunțat un premiu celui care dă cea mai susținută prezentare a teoriei mareelor. Premiul a primit apoi Euler, Maclaurin, D. Bernoulli și Cavalieri... Primii trei au luat legea gravitației lui Newton ca bază a lucrării lor, iar iezuitul Cavalieri a explicat mareele pe baza ipotezei vortexului a lui Descartes. Totuși, cele mai remarcabile lucrări din acest domeniu aparțin Newton și Laplace, iar toate cercetările ulterioare se bazează pe descoperirile acestor mari oameni de știință.Cum se explică fenomenul fluxului și refluxului
Cât de clar explicați fenomenul fluxului și refluxului... Dacă, pentru simplitate, presupunem că suprafața pământului este complet acoperită de o înveliș de apă și privim globul de la unul dintre polii săi, atunci imaginea mareelor mării poate fi prezentată după cum urmează.Atractie lunara
Acea parte a suprafeței planetei noastre care este îndreptată spre Lună este cea mai apropiată de aceasta; ca urmare, este expus la o forță mai mare atracție lunară decât, de exemplu, partea centrală a planetei noastre și, prin urmare, este atrasă spre Lună mai mult decât restul Pământului. Din această cauză, se formează o cocoașă de maree pe partea îndreptată spre Lună. Concomitent cu aceasta, pe partea opusă a Pământului, cea mai puțin supusă atracției Lunii, apare aceeași cocoașă de maree. Pământul ia, așadar, forma unei figuri oarecum alungite de-a lungul unei linii drepte care leagă centrele planetei noastre și luna. Astfel, pe două laturi opuse ale Pământului, situate pe o singură linie dreaptă care trece prin centrele Pământului și Lunii, se formează două cocoașe mari, două vezicule uriașe de apă... În același timp, celelalte două părți ale planetei noastre, situate la un unghi de nouăzeci de grade față de punctele de maree maximă indicate mai sus, se confruntă cu cele mai mari refluxuri. Aici apa cade mai mult decât oriunde altundeva de pe suprafața globului. Linia care leagă aceste puncte la marea joasă este oarecum redusă și astfel se creează impresia unei creșteri a alungirii Pământului în direcția punctelor de maree maximă. Datorită atracției lunare, aceste puncte de maree maximă își păstrează constant poziția față de Lună, dar întrucât Pământul se rotește în jurul axei sale, în timpul zilei par să se deplaseze pe întreaga suprafață a globului. De aceea în fiecare zonă în timpul zilei sunt două maree înalte și două maree joase.Flux și reflux solar
Soarele, la fel ca și luna, prin forța de atracție produce fluxul și refluxul. Dar se află la o distanță mult mai mare de planeta noastră în comparație cu Luna, iar mareele solare care apar pe Pământ sunt de aproape două ori și jumătate mai mici decât cele lunare. De aceea mareele solare, nu sunt observate separat, ci se ia în considerare doar efectul lor asupra mărimii mareelor lunare. De exemplu, cel mai mare flux și reflux al mării are loc în timpul lunii pline și lunilor noi, deoarece în acest moment Pământul, Luna și Soarele sunt pe aceeași linie dreaptă, iar lumina noastră zilei prin atracția ei sporește atracția Lunii. În schimb, atunci când observăm luna în primul sau în ultimul sfert (fază), există cel puțin flux și reflux maritim... Acest lucru se datorează faptului că în acest caz mareea lunară coincide cu raza de soare... Acțiunea atracției lunare scade cu cantitatea de atracție a Soarelui.Frecarea mareelor
« Frecarea mareelor» Existența pe planeta noastră are, la rândul său, un efect asupra orbitei lunare, deoarece unda cauzată de gravitația lunară are efectul opus asupra Lunii, creând tendința de a-și accelera mișcarea. Drept urmare, Luna se îndepărtează treptat de Pământ, perioada revoluției sale crește și, după toate probabilitățile, rămâne puțin în urmă în mișcare.Mărimea mareelor mării
Pe lângă poziția relativă în spațiu a Soarelui, Pământului și Lunii, pe magnitudinea mareeiîn fiecare zonă particulară, forma fundului mării și natura liniei de coastă sunt influențate. De asemenea, se știe că în mările închise, ca, de exemplu, în Aral, Caspic, Azov și Negru, fluxul și refluxul nu sunt aproape observați. Cu greu pot fi găsite în oceanele deschise; aici mareele abia ajung la un metru, nivelul apei se ridica foarte usor. Dar, pe de altă parte, în unele golfuri există maree de o magnitudine atât de colosală încât apa se ridică la o înălțime de peste zece metri și pe alocuri inundă spații colosale.
Flux și reflux în aer și învelișurile solide ale Pământului
Flux și reflux apar de asemenea în aerul şi învelişurile solide ale Pământului... Cu greu observăm aceste fenomene în straturile inferioare ale atmosferei. Pentru comparație, să subliniem că fluxul și refluxul nu se observă nici pe fundul oceanelor. Această împrejurare se explică prin faptul că, în principal, straturile superioare ale învelișului de apă sunt implicate în procesele de maree. Fluxul și refluxul într-un înveliș de aer poate fi detectat doar cu o observare pe termen foarte lung a modificărilor presiunii atmosferice. În ceea ce privește scoarța terestră, fiecare parte a acesteia, datorită acțiunii de maree și fluturare a lunii, se ridică de două ori și coboară de două ori cu aproximativ câțiva decimetri în timpul zilei. Cu alte cuvinte, fluctuațiile învelișului solid al planetei noastre sunt de aproximativ trei ori mai mici decât fluctuațiile nivelului suprafeței oceanelor. Astfel, planeta noastră pare că respiră tot timpul, respiră adânc și expiră, iar învelișul ei exterior, ca pieptul unui mare erou-minune, uneori se ridică și apoi coboară. Aceste procese care au loc în învelișul solid al Pământului pot fi detectate doar cu ajutorul instrumentelor utilizate pentru înregistrarea cutremurelor. Trebuie remarcat faptul că fluxul și refluxul apar pe alte corpuri ale lumiiși au un impact extraordinar asupra dezvoltării lor. Dacă Luna ar fi staționară în raport cu Pământul, atunci în absența altor factori care să afecteze întârzierea valului de maree, oriunde în lume la fiecare 6 ore ar fi două maree înalte și două maree joase pe zi. Dar din moment ce Luna se învârte continuu în jurul Pământului și, mai mult, în aceeași direcție în care planeta noastră se rotește în jurul axei sale, se obține o anumită întârziere: Pământul reușește să se întoarcă spre Lună cu fiecare dintre părțile sale nu într-o zi, dar la aproximativ 24 de ore și 50 de minute. Prin urmare, în fiecare localitate, refluxul sau fluxul nu durează exact 6 ore, ci aproximativ 6 ore și 12,5 minute.Flux și reflux alternativ
În plus, trebuie remarcat faptul că corectitudinea flux şi reflux alternând este încălcat în funcție de natura locației continentelor de pe planeta noastră și de frecarea continuă a apei pe suprafața Pământului. Aceste nereguli de alternanță ajung uneori la câteva ore. Astfel, cea mai „înaltă” apă nu are loc în momentul apogeului Lunii, așa cum rezultă conform teoriei, ci cu câteva ore mai târziu decât trecerea Lunii prin meridian; această întârziere se numește ora aplicată a portului și ajunge uneori la 12 ore. Anterior, se credea că fluxul și refluxul mării erau asociate cu curenții marini. Acum toată lumea știe că acestea sunt fenomene de alt ordin. O maree este un fel de mișcare a valurilor, similară cu cea care are loc din cauza vântului. Când se apropie un val de marea, un obiect plutitor oscilează, la fel ca un val care iese din vânt - înainte și înapoi, în jos și în sus, dar nu este purtat de el ca un curent. Perioada valului mare este de aproximativ 12 ore și 25 de minute, iar după această perioadă de timp obiectul revine de obicei la poziția inițială. Forța care provoacă bufeurile este de multe ori mai mică decât forța gravitației... În timp ce forța de atracție este invers proporțională cu pătratul distanței dintre corpurile atrase, forța care provoacă mareele este de aproximativ este invers proporțională cu cubul acestei distanțe mai degrabă decât la pătrat.Să continuăm să vorbim despre forțele care acționează asupra corpurilor cerești și efectele rezultate. Astăzi voi vorbi despre maree și perturbații non-gravitaționale.
Ce înseamnă asta - „tulburări non-gravitaționale”? Perturbațiile sunt de obicei numite mici corecții la o forță mare, principală. Adică, vom vorbi despre unele forțe, a căror influență asupra obiectului este mult mai mică decât gravitațională
Ce alte forțe există în natură în afară de gravitație? Lăsăm deoparte interacțiunile nucleare puternice și slabe, sunt de natură locală (acţionează la distanţe extrem de mici). Dar electromagnetismul, după cum știți, este mult mai puternic decât gravitația și se răspândește la fel de departe - la infinit. Dar, deoarece sarcinile electrice de semne opuse sunt de obicei echilibrate, iar „sarcina” gravitațională (al cărei rol este jucat de masă) este întotdeauna de același semn, atunci cu mase suficient de mari, desigur, gravitația iese în prim-plan. Deci, în realitate, vom vorbi despre perturbații în mișcarea corpurilor cerești sub influența unui câmp electromagnetic. Nu mai există opțiuni, deși există încă energie întunecată, dar despre ea - mai târziu, când vine vorba de cosmologie.
După cum v-am spus mai departe, legea simplă a gravitației a lui Newton F = G∙M∙m/R² este foarte convenabil de utilizat în astronomie, deoarece majoritatea corpurilor sunt aproape de sferice și sunt suficient de îndepărtate unul de celălalt, astfel încât atunci când se calculează, ele pot fi înlocuite cu puncte - obiecte punctuale care conțin întreaga lor masă. Dar un corp de dimensiune finită, comparabilă cu distanța dintre corpurile învecinate, experimentează totuși un efect de forță diferit în diferitele sale părți, deoarece aceste părți sunt îndepărtate diferit de sursele de gravitație și acest lucru trebuie luat în considerare.
Atractia se aplatizeaza si lacrima
Pentru a experimenta efectul de maree, să facem un experiment de gândire popular printre fizicieni: ne imaginăm într-un lift care căde liber. Tăiați frânghia care ține cabina și începeți să cadă. Până când cădem, putem urmări ce se întâmplă în jurul nostru. Suspendăm masele libere și urmărim cum se comportă. În primul rând, ele cad sincron și spunem - aceasta este imponderabilitate, deoarece toate obiectele din această cabină și ea însăși simt aproximativ aceeași accelerație a gravitației.
Dar, în timp, punctele noastre materiale vor începe să-și schimbe configurația. De ce? Deoarece cea de jos la început era puțin mai aproape de centrul de greutate decât cea de sus, așa că cea de jos, atrăgând mai puternic, începe să o depășească pe cea de sus. Și punctele laterale rămân întotdeauna la aceeași distanță de centrul de greutate, dar pe măsură ce se apropie de el, încep să se apropie unul de celălalt, deoarece accelerațiile de mărime egală nu sunt paralele. Ca urmare, sistemul de obiecte neînrudite este deformat. Acesta se numește efect de maree.
Din punctul de vedere al unui observator care a împrăștiat cereale în jurul său și urmărește cum se mișcă boabele individuale în timp ce întregul sistem cade pe un obiect masiv, se poate introduce un astfel de concept ca un câmp de forțe de maree. Să definim aceste forțe în fiecare punct ca diferența vectorială dintre accelerația gravitațională în acest punct și accelerația observatorului sau a centrului de masă, și dacă luăm doar primul termen al expansiunii din seria Taylor în termeni relativi distanta, obtinem o imagine simetrica: boabele apropiate vor fi inaintea observatorului, cele indepartate vor ramane in urma lui, i.e. sistemul se va întinde de-a lungul axei îndreptate către obiectul gravitator, iar de-a lungul direcțiilor perpendiculare pe acesta, particulele vor fi apăsate împotriva observatorului.
Ce crezi că se va întâmpla când o planetă va fi atrasă într-o gaură neagră? Cei care nu au ascultat prelegeri despre astronomie cred de obicei că o gaură neagră va rupe materia doar de pe suprafața care se confruntă cu ea însăși. Fără să știe, efectul este aproape la fel de puternic pe reversul unui corp în cădere liberă. Acestea. se rupe în două direcții diametral opuse, deloc într-una singură.
Pericolele spațiului cosmic
Pentru a arăta cât de important este să luați în considerare efectul de maree, luați Stația Spațială Internațională. Ea, ca toți sateliții Pământului, cade liber în câmpul gravitațional (dacă motoarele nu sunt pornite). Și câmpul forțelor de maree din jurul său este un lucru destul de tangibil, așa că atunci când un astronaut lucrează pe partea exterioară a stației, trebuie să se lege de el și, de regulă, cu două cabluri - pentru orice eventualitate, niciodată nu stiu ce s-ar putea intampla. Și dacă se dovedește a fi neatașat în acele condiții în care forțele de maree îl trage departe de centrul stației, poate pierde ușor contactul cu ea. Acest lucru se întâmplă adesea cu unelte, pentru că nu le poți lega pe toate. Dacă ceva cade din mâinile unui astronaut, atunci acest obiect merge în depărtare și devine un satelit independent al Pământului.
Planul de lucru pentru ISS include teste în spațiul cosmic al unui jetpack individual. Și când motorul i se defectează, forțele de maree îl duc pe astronautul și îl pierdem. Numele celor dispăruți sunt clasificate.
Aceasta, desigur, este o glumă: din fericire, încă nu a avut loc un asemenea incident. Dar asta s-ar fi putut întâmpla foarte bine! Și s-ar putea întâmpla într-o zi.
Planetă oceanică
Să ne întoarcem pe Pământ. Acesta este cel mai interesant obiect pentru noi, iar forțele de maree care acționează asupra lui se simt destul de vizibil. Din ce corpuri cerești acționează ele? Principala este Luna, pentru că este aproape. Următorul impact cel mai mare este Soarele, deoarece este masiv. Restul planetelor au și ele o oarecare influență asupra Pământului, dar este abia perceptibilă.
Pentru a analiza influența gravitațională externă asupra Pământului, acesta este de obicei reprezentat ca o sferă solidă acoperită cu o înveliș lichid. Acesta nu este un model rău, deoarece planeta noastră are o înveliș mobilă sub forma unui ocean și a unei atmosfere, iar orice altceva este destul de solid. Deși scoarța terestră și straturile interioare au o rigiditate limitată și sunt ușor de maree, deformarea lor elastică poate fi neglijată la calcularea efectului produs asupra oceanului.
Dacă desenăm vectorii forțelor de maree în sistemul de centru de masă al Pământului, obținem următoarea imagine: câmpul de forță de maree trage oceanul de-a lungul axei „Pământ-Luna”, iar în planul perpendicular pe acesta îl împinge spre centru. al Pamantului. Astfel, planeta (în orice caz, învelișul său mobil) tinde să ia forma unui elipsoid. În acest caz, apar două umflături (se numesc cocoașe de maree) pe părțile opuse ale globului: unul este îndreptat spre Lună, celălalt spre Lună, iar în fâșia dintre ele apare un „bombonament” (mai precis, suprafața oceanului). are o curbură inferioară acolo).
Un lucru mai interesant se întâmplă în decalaj - unde vectorul forță de maree încearcă să deplaseze învelișul lichid de-a lungul suprafeței pământului. Și acest lucru este firesc: dacă într-un loc doriți să ridicați marea, iar în alt loc - să o coborâți, atunci trebuie să mutați apa de acolo până aici. Și între ele, forțele mareelor conduc apa către „punctul sublunar” și către „punctul antilunar”.
Este foarte ușor de cuantificat efectul de maree. Gravitația Pământului încearcă să facă oceanul sferic, iar partea de maree a influenței lunare și solare - să-l întindă de-a lungul axei. Dacă am lăsa Pământul în pace și i-am lăsa să cadă liber pe Lună, atunci înălțimea umflăturii ar ajunge la aproximativ jumătate de metru, adică. oceanul se ridică cu doar 50 cm deasupra nivelului său mediu. Dacă navigați pe un vapor cu aburi pe mare sau ocean, jumătate de metru nu este perceptibil. Aceasta se numește maree statică.
Aproape la fiecare examen dau peste un student care susține cu încredere că valul are loc doar pe o parte a Pământului - cea care este îndreptată spre Lună. De regulă, asta spune o fată. Dar se întâmplă, deși mai rar, ca tinerii să se înșele în această chestiune. În același timp, în general, cunoștințele de astronomie sunt mai profunde în rândul fetelor. Ar fi interesant de aflat motivul acestei asimetrii „tidal-gen”.Dar pentru a crea o umflătură de jumătate de metru în punctul sublunar, trebuie să distilați o cantitate mare de apă aici. Dar suprafața Pământului nu rămâne staționară, se rotește rapid în raport cu direcția către Lună și Soare, făcând o revoluție completă într-o zi (și Luna merge încet pe orbită - o revoluție în jurul Pământului în aproape o zi). lună). Prin urmare, cocoașa de maree se desfășoară în mod constant de-a lungul suprafeței oceanului, astfel încât suprafața solidă a Pământului se află sub umflarea mareelor de 2 ori pe zi și de 2 ori sub fluxul și refluxul nivelului oceanului. Să estimăm: 40 de mii de kilometri (lungimea ecuatorului Pământului) pe zi, adică 463 de metri pe secundă. Aceasta înseamnă că acest val de jumătate de metru, cum ar fi un mini-tsunami, circulă pe coastele de est ale continentelor din regiunea ecuatorială cu viteză supersonică. La latitudinile noastre, viteza ajunge la 250-300 m/s - de asemenea destul de mult: deși valul nu este foarte mare, din cauza inerției poate crea un efect grozav.
Al doilea obiect în ceea ce privește scara de influență asupra Pământului este Soarele. Este de 400 de ori mai departe de noi decât Luna, dar de 27 de milioane de ori mai masivă. Prin urmare, efectele de la Lună și de la Soare sunt comparabile ca mărime, deși Luna acționează încă puțin mai puternic: efectul de maree gravitațional de la Soare este cu aproximativ jumătate mai slab decât de la Lună. Uneori influența lor se adună: acest lucru se întâmplă pe o lună nouă, când luna trece pe fundalul soarelui, și pe o lună plină, când luna se află pe partea opusă față de soare. În aceste zile - când Pământul, Luna și Soarele se aliniază, iar acest lucru se întâmplă la fiecare două săptămâni - efectul total de maree este de o ori și jumătate mai mare decât cel de pe Lună. Și după o săptămână, Luna trece un sfert din orbită și este în pătrat cu Soarele (un unghi drept între direcțiile de pe ele), iar apoi influența lor se slăbește reciproc. În medie, înălțimea mareelor în marea liberă variază de la un sfert de metru până la 75 de centimetri.
Mareele sunt cunoscute de marinari de mult timp. Ce face căpitanul când nava eșuează? Dacă ați citit romane de aventuri pe mare, atunci știți că el se uită imediat la ce fază se află luna și așteaptă următoarea lună plină sau lună nouă. Apoi marea maximă poate ridica nava și o eșuează.
Probleme și caracteristici de coastă
Mareele sunt deosebit de importante pentru lucrătorii portuari și pentru navigatorii care intenționează să-și aducă nava în sau în afara portului. De regulă, problema apei de mică adâncime apare în apropierea coastei și, astfel încât să nu interfereze cu mișcarea navelor, pentru a intra în golf, acestea sparg canalele subacvatice - fairways artificiale. Adâncimea lor ar trebui să țină cont de înălțimea valului maxim de joasă.
Dacă ne uităm la înălțimea mareelor la un moment dat și desenăm linii de înălțime egală a apei pe hartă, obținem cercuri concentrice cu centre în două puncte (în sublunar și anti-lunar), la care marea este maximă. . Dacă planul orbital al Lunii coincide cu planul ecuatorului Pământului, atunci aceste puncte s-ar mișca întotdeauna de-a lungul ecuatorului și într-o zi (mai precis, în 24ʰ 50ᵐ 28ˢ) ar face o revoluție completă. Cu toate acestea, Luna nu merge în acest plan, ci în apropierea planului eclipticii, față de care ecuatorul este înclinat cu 23,5 grade. Prin urmare, punctul sublunar „umblă” și în latitudine. Astfel, în același port (adică la aceeași latitudine), înălțimea mareei maxime, care se repetă la fiecare 12,5 ore, se modifică în timpul zilei în funcție de orientarea Lunii față de ecuatorul Pământului.
Acest „lucru mic” este important pentru teoria mareelor. Să ne uităm din nou: Pământul se rotește pe axa sa, iar planul orbitei lunare este înclinat față de el. Prin urmare, fiecare port maritim „aleargă” în jurul polului Pământului în timpul zilei, o dată căzând în zona celei mai mari maree, iar după 12,5 ore - din nou în zona mareei, dar mai puțin înaltă. Acestea. două maree în timpul zilei nu sunt egale ca înălțime. Unul este întotdeauna mai mare decât celălalt, deoarece planul orbitei lunare nu se află în planul ecuatorului Pământului.
Pentru locuitorii de pe coastă, efectul mareelor este vital. De exemplu, în Franța există unul, care este legat de continent printr-un drum asfaltat așezat de-a lungul fundului strâmtorii. Există mulți oameni care trăiesc pe insulă, dar nu pot folosi acest drum atâta timp cât nivelul mării este ridicat. Acest drum poate fi parcurs doar de două ori pe zi. Oamenii conduc și așteaptă valul scăzut când nivelul apei scade și drumul devine accesibil. Oamenii călătoresc pe coastă la și de la locul de muncă, folosind un tabel special de maree, care este publicat pentru fiecare așezare de pe coastă. Dacă acest fenomen nu este luat în considerare, apa de pe parcurs poate copleși un pieton. Turiștii vin doar acolo și merg să se uite la fundul mării când nu există apă. Și localnicii adună ceva de jos, uneori chiar și pentru mâncare, de exemplu. de fapt, acest efect hrănește oamenii.
Viața a ieșit din ocean datorită fluxului și refluxului. Ca urmare a valului scăzut, unele animale de coastă s-au trezit pe nisip și au fost nevoite să învețe să respire oxigen direct din atmosferă. Dacă nu ar fi Lună, atunci viața, poate, nu ar părăsi atât de activ oceanul, pentru că acolo este bine din toate punctele de vedere - un mediu termostatat, imponderabilitate. Dar dacă ai lovit brusc malul, trebuia să supraviețuiești cumva.
Coasta, mai ales dacă este plată, este puternic expusă la reflux. Și de ceva vreme oamenii pierd ocazia de a-și folosi ambarcațiunile plutitoare, neputincioși întinși ca balenele pe țărm. Dar este ceva util în asta, pentru că perioada de maree joasă poate fi folosită pentru repararea navelor, mai ales în unele golfuri: navele au navigat, apoi apa a plecat și pot fi reparate în acest moment.
De exemplu, există un Golf Fundy pe coasta de est a Canadei, despre care se spune că are cele mai mari maree din lume: scăderea nivelului apei poate ajunge la 16 metri, ceea ce este considerat un record pentru o maree pe Pământ. Marinarii s-au adaptat acestei proprietăți: la maree înaltă aduc nava la țărm, o întăresc, iar atunci când apa pleacă, nava atârnă și poate fi calafatată pe fund.
Multă vreme, oamenii au început să monitorizeze și să înregistreze în mod regulat momentele și caracteristicile mareelor înalte pentru a învăța cum să prezică acest fenomen. In scurt timp inventat mareometru- un dispozitiv in care plutitorul se misca in sus si in jos in functie de nivelul marii, iar citirile sunt trasate automat pe hartie sub forma unui grafic. Apropo, instrumentele de măsurare s-au schimbat cu greu din momentul primelor observații până în zilele noastre.
Pe baza unui număr mare de înregistrări hidrografice, matematicienii încearcă să creeze o teorie a mareelor. Dacă aveți o înregistrare pe termen lung a unui proces periodic, îl puteți descompune în armonici elementare - amplitudini diferite ale unei sinusoide cu perioade multiple. Și apoi, după ce ai determinat parametrii armonicilor, extindeți curba totală în viitor și, pe această bază, faceți tabele de maree. Acum astfel de tabele sunt publicate pentru fiecare port de pe Pământ, iar orice căpitan care este pe cale să intre în port ia o masă pentru el și se uită când va fi un nivel suficient de apă pentru nava lui.
Cea mai faimoasă poveste asociată cu calculele predictive a avut loc în timpul celui de-al Doilea Război Mondial: în 1944, aliații noștri - britanicii și americanii - urmau să deschidă un al doilea front împotriva Germaniei naziste, pentru aceasta a fost necesară aterizarea pe coasta franceză. Coasta de nord a Franței este foarte neplăcută din acest punct de vedere: coasta este abruptă, înaltă de 25-30 de metri, iar fundul oceanului este destul de puțin adânc, astfel încât navele se pot apropia de coastă doar în momentele de maree maximă. Dacă eșau, ar fi pur și simplu împușcați cu tunuri. Pentru a evita acest lucru, a fost creată o mașină de calcul specială mecanică (electronică nu era încă disponibilă). Ea a efectuat o analiză Fourier a seriilor temporale ale nivelului mării folosind tobe care se roteau cu propria viteză, prin care trecea un cablu metalic, care rezuma toți termenii seriei Fourier, iar o pană conectată la cablu a scris un grafic al mareei. înălțime față de timp. Aceasta a fost o lucrare extrem de secretă care a avansat foarte mult teoria mareelor, deoarece a fost posibil să se prezică momentul celei mai înalte maree cu suficientă precizie, datorită căreia navele de război grele au traversat Canalul și au aterizat trupele pe țărm. Deci, matematicienii și geofizicienii au salvat viețile multor oameni.
Unii matematicieni încearcă să generalizeze datele la scară planetară, încercând să creeze o teorie unificată a mareelor, dar este dificil să compare înregistrările luate în diferite locuri, deoarece Pământul este foarte greșit. Doar într-o aproximare zero, un singur ocean acoperă întreaga suprafață a planetei, dar de fapt există continente și câteva oceane slab conectate, iar fiecare ocean are propria frecvență de oscilații naturale.
Discuțiile anterioare despre fluctuațiile nivelului mării sub influența Lunii și a Soarelui au vizat spațiile oceanice deschise, unde accelerația mareelor variază foarte mult de la o coastă la alta. Și în corpurile de apă locale - de exemplu, lacuri - poate marea să creeze un efect vizibil?
S-ar părea că nu ar trebui să existe, deoarece în toate punctele lacului accelerația mareelor este aproximativ aceeași, diferența este mică. De exemplu, în centrul Europei se află lacul Geneva, are doar aproximativ 70 km lungime și nu are nicio legătură cu oceanele, dar oamenii au observat de mult că există fluctuații zilnice semnificative ale apei. De ce apar ele?
Da, forța mareelor este extrem de mică. Dar principalul este că este obișnuit, adică. actioneaza periodic. Toți fizicienii cunosc efectul care, cu acțiunea periodică a forței, provoacă uneori o amplitudine crescută a oscilațiilor. De exemplu, iei un castron cu supă în sala de mese și. Aceasta înseamnă că frecvența pașilor tăi este în rezonanță cu vibrațiile naturale ale lichidului din tavă. Observând acest lucru, schimbăm brusc ritmul de mers – iar ciorba „se calmează”. Fiecare corp de apă are propria frecvență de rezonanță de bază. Și cu cât dimensiunea rezervorului este mai mare, cu atât frecvența oscilațiilor naturale ale lichidului din acesta este mai mică. Așadar, la Lacul Geneva, propria frecvență de rezonanță s-a dovedit a fi un multiplu al frecvenței mareelor, iar o mică influență a mareelor „estețuiește” Lacul Geneva, astfel încât nivelul de pe țărmurile sale se schimbă destul de vizibil. Aceste valuri stătătoare de o perioadă lungă, care apar în corpuri de apă închise, sunt numite seiches.
Energia mareelor
În zilele noastre, ei încearcă să asocieze una dintre sursele alternative de energie cu efectul de maree. După cum am spus mai devreme, principalul efect al mareelor nu este că apa crește și scade. Efectul principal este un curent de maree, care conduce apa în jurul întregii planete într-o zi.
În locurile puțin adânci, acest efect este foarte important. În zona Noii Zeelande, căpitanii nici măcar nu riscă să escorteze nave prin unele strâmtori. Barcile cu pânze nu au putut trece niciodată pe acolo, iar navele moderne pot trece cu greu, deoarece fundul este puțin adânc, iar curenții de maree au o viteză extraordinară.
Dar odată ce apa curge, această energie cinetică poate fi folosită. Și deja au fost construite centrale electrice, în care turbinele se rotesc înainte și înapoi din cauza fluxului de maree și reflux. Sunt destul de funcționale. Prima centrală maremotrică (TPP) a fost realizată în Franța, este încă cea mai mare din lume, cu o capacitate de 240 MW. Față de centrala hidroelectrică, nu este atât de cald, desigur, dar deservește cele mai apropiate zone rurale.
Cu cât este mai aproape de pol, cu atât viteza mareei este mai mică, prin urmare în Rusia nu există coaste cu maree foarte puternice. În general, avem puține ieșiri către mare, iar coasta Oceanului Arctic pentru utilizarea energiei mareelor nu este deosebit de profitabilă, deoarece marea conduce apa de la est la vest. Totuși, există locuri potrivite pentru PES, de exemplu, buza Kislaya.
Cert este că în golfuri marea creează întotdeauna un efect mai mare: un val intră, se repezi în golf și se îngustează, se îngustează - și amplitudinea crește. Un proces similar are loc ca și cum ar fi apăsat biciul: la început unda lungă merge încet de-a lungul biciului, dar apoi masa părții biciului implicată în mișcare scade, astfel încât viteza crește (impulsul mv persistă!) și ajunge la capătul supersonic până la capătul îngust, în urma căruia auzim un clic.
Creând un TPP experimental Kislogubskaya de capacitate mică, inginerii energetici au încercat să înțeleagă cât de eficient pot fi folosite mareele din latitudinile circumpolare pentru a genera electricitate. Nu are o semnificație economică anume. Cu toate acestea, acum există un proiect al unui TPP rusesc foarte puternic (Mezenskaya) - 8 gigawați. Pentru a atinge această capacitate colosală, este necesară blocarea unui golf mare, care desparte Marea Albă de Marea Barents printr-un baraj. Adevărat, este foarte îndoielnic că acest lucru se va face atâta timp cât avem petrol și gaze.
Trecutul și viitorul mareelor
Apropo, de unde vine energia mareelor? Turbina se rotește, se generează electricitate și care obiect pierde energie?
Deoarece sursa de energie pentru maree este rotația Pământului, atunci, din moment ce tragem din el, atunci rotația ar trebui să încetinească. S-ar părea că Pământul are surse interne de energie (căldura vine din adâncimi din cauza proceselor geochimice și a dezintegrarii elementelor radioactive), există ceva care să compenseze pierderea de energie cinetică. Așa este, dar fluxul de energie, răspândindu-se în medie aproape uniform în toate direcțiile, poate afecta cu greu momentul unghiular și modifica rotația.
Dacă Pământul nu s-ar roti, cocoașele de maree ar indica exact în direcția Lunii și în direcția opusă. Dar, rotindu-se, corpul Pământului le poartă înainte în direcția de rotație - și există o discrepanță constantă între vârful mareei și punctul sublunar de 3-4 grade. La ce duce asta? Cocoașa, care este mai aproape de lună, este atrasă mai puternic de ea. Această gravitație tinde să încetinească rotația Pământului. Iar cocoașa opusă este mai departe de Lună, încearcă să accelereze rotația, dar este atrasă mai slab, prin urmare momentul de forță rezultat are un efect de frânare asupra rotației Pământului.
Deci, planeta noastră își scade constant viteza de rotație (deși nu destul de regulat, în salturi, ceea ce este asociat cu particularitățile transferului de masă în oceane și atmosferă). Și care este impactul mareelor pământului asupra lunii? Bombonul apropiat de maree trage luna cu ea, cel îndepărtat, dimpotrivă, o încetinește. Prima forță este mai mare; ca urmare, Luna accelerează. Acum, amintiți-vă din prelegerea anterioară, ce se întâmplă cu un satelit care este tras cu forța înainte în mișcare? Pe măsură ce energia sa crește, se îndepărtează de planetă și viteza sa unghiulară scade în același timp, deoarece raza orbitei sale crește. Apropo, o creștere a perioadei de revoluție a Lunii în jurul Pământului a fost observată în timpul lui Newton.
În ceea ce privește cifrele, Luna se îndepărtează de noi cu aproximativ 3,5 cm pe an, iar durata zilei Pământului la fiecare sută de ani crește cu o sutime de secundă. Pare a fi o prostie, dar amintiți-vă că Pământul există de miliarde de ani. Este ușor de calculat că pe vremea dinozaurilor erau aproximativ 18 ore într-o zi (orele curente, desigur).
Pe măsură ce luna se retrage, forțele mareelor devin mai mici. Dar se îndepărta mereu și, dacă ne uităm înapoi în timp, vom vedea că mai devreme Luna era mai aproape de Pământ, ceea ce înseamnă că mareele erau mai mari. Puteți estima, de exemplu, că în epoca arheică, acum 3 miliarde de ani, mareele erau înalte de un kilometru.
Fenomene de maree pe alte planete
Desigur, în sistemele altor planete cu sateliți apar aceleași fenomene. Jupiter, de exemplu, este o planetă foarte masivă, cu un număr mare de sateliți. Cele mai mari patru luni ale sale (se numesc galileene, deoarece Galileo le-a descoperit) sunt influențate de Jupiter destul de tangibil. Cea mai apropiată dintre ele, Io, este acoperită în întregime de vulcani, printre care sunt peste cincizeci de vulcani activi, care aruncă „excesul” de materie la 250-300 km în sus. Această descoperire a fost destul de neașteptată: nu există vulcani atât de puternici pe Pământ, dar iată un corp mic de dimensiunea Lunii, care ar fi trebuit să se răcească mult timp, dar în schimb strălucește de căldură în toate direcțiile. Unde este sursa acestei energii?
Activitatea vulcanică a lui Io nu a fost o surpriză pentru toată lumea: cu șase luni înainte ca prima sondă să zboare spre Jupiter, doi geofizicieni americani au publicat o lucrare în care au calculat influența mareelor a lui Jupiter asupra acestei luni. S-a dovedit a fi atât de mare încât poate deforma corpul satelitului. Și odată cu deformarea, căldura este întotdeauna eliberată. Când luăm o bucată de plastilină rece și începem să o mototolim în mâini, aceasta devine moale, flexibilă după mai multe strângeri. Acest lucru se întâmplă nu pentru că mâna a încălzit-o cu căldura ei (la fel va fi dacă o aplatizați într-un menghin rece), ci pentru că deformarea a pus în ea energie mecanică, care a fost transformată în căldură.
Dar de ce naiba se schimbă forma satelitului sub influența mareelor de pe Jupiter? S-ar părea că deplasarea pe o orbită circulară și rotirea sincronă, ca Luna noastră, a devenit odată un elipsoid - și nu există niciun motiv pentru alte distorsiuni ale formei? Cu toate acestea, există și alți sateliți lângă Io; toți îi fac orbita (Io) să se miște puțin înainte și înapoi: fie se apropie de Jupiter, fie se retrage. Aceasta înseamnă că influența mareelor fie slăbește, fie se intensifică, iar forma corpului se schimbă tot timpul. Apropo, încă nu am vorbit despre mareele din corpul solid al Pământului: ele, desigur, există și ele, nu sunt atât de înalte, de ordinul unui decimetru. Dacă stai aproximativ șase ore în locurile tale, atunci datorită mareelor, vei „mergi” aproximativ douăzeci de centimetri față de centrul Pământului. Această oscilație este imperceptibilă pentru o persoană, desigur, dar instrumentele geofizice o înregistrează.
Spre deosebire de solidul pământului, suprafața lui Io fluctuează cu o amplitudine de mulți kilometri pentru fiecare perioadă orbitală. O cantitate mare de energie de deformare este disipată sub formă de căldură și încălzește intestinele. Apropo, craterele de meteoriți nu sunt vizibile pe el, deoarece vulcanii aruncă constant materie proaspătă pe toată suprafața. De îndată ce se formează un crater de impact, într-o sută de ani produsele erupției vulcanilor vecini adorm. Ele lucrează continuu și foarte puternic, la aceasta se adaugă falii din scoarța planetei, prin care din adâncuri curge topirea diferitelor minerale, în principal sulf. La temperaturi ridicate, se întunecă, astfel încât jetul din crater pare negru. Și marginea ușoară a vulcanului este substanța răcită care cade în jurul vulcanului. Pe planeta noastră, materia ejectată dintr-un vulcan este de obicei încetinită de aer și cade aproape de orificiu de ventilație, formând un con, dar pe Io nu există atmosferă și zboară pe o traiectorie balistică departe, în toate direcțiile. Acesta este poate cel mai puternic efect de maree din sistemul solar.
A doua lună a lui Jupiter, Europa seamănă cu Antarctica noastră, este acoperită cu o crustă continuă de gheață, crăpată ici și colo, pentru că ceva o deformează și pe ea constant. Deoarece această lună este mai departe de Jupiter, efectul de maree nu este atât de puternic aici, dar este și destul de vizibil. Sub această crustă de gheață se află un ocean lichid: imaginile arată fântâni care țâșnesc din unele dintre crăpăturile deschise. Sub influența forțelor mareelor, oceanul fierbe, iar câmpurile de gheață plutesc și se ciocnesc pe suprafața lui, aproape ca și noi în Oceanul Arctic și în largul coastei Antarcticii. Conductivitatea electrică măsurată a fluidului oceanic Europa indică faptul că este apă sărată. De ce nu ar trebui să existe viață? Ar fi tentant să cobori dispozitivul într-una dintre crăpături și să vezi cine locuiește acolo.
De fapt, nu toate planetele își fac rostul. De exemplu, Enceladus, luna lui Saturn, are, de asemenea, o crustă de gheață și un ocean sub ea. Dar calculele arată că energia mareelor nu este suficientă pentru a menține oceanul sub-gheață în stare lichidă. Desigur, pe lângă maree, orice corp ceresc are și alte surse de energie - de exemplu, elementele radioactive în descompunere (uraniu, toriu, potasiu), dar pe planetele mici cu greu pot juca un rol semnificativ. Asta înseamnă că încă nu înțelegem ceva.
Efectul de maree este extrem de important pentru stele. De ce - mai multe despre asta în prelegerea următoare.
Nivelul suprafeței oceanelor și mărilor se modifică periodic, aproximativ de două ori pe zi. Aceste fluctuații se numesc flux și reflux. În timpul valului ridicat, nivelul oceanului crește treptat și atinge cea mai înaltă poziție. La reflux, nivelul scade treptat până la cel mai scăzut nivel. La maree înaltă, apa curge spre coastă, la reflux - de pe coastă.
Fluxul și refluxul stă în picioare. Ele se formează datorită influenței unor corpuri cosmice precum Soarele. Conform legilor interacțiunii corpurilor cosmice, planeta noastră și Luna se atrag reciproc. Atracția lunară este atât de mare încât suprafața oceanului, așa cum spune, se îndoaie spre ea. Luna se mișcă în jurul Pământului, iar un val de maree „curge” de-a lungul oceanului după ea. Când valul ajunge la mal, mareea vine. Va trece puțin timp, apa după Lună se va îndepărta de coastă - adică marea joasă. Conform acelorași legi cosmice universale, fluxul și refluxul se formează din atracția Soarelui. Cu toate acestea, forța de maree a Soarelui, datorită îndepărtării sale, este mult mai mică decât cea lunară, iar dacă nu ar exista lună, atunci mareele de pe Pământ ar fi de 2,17 ori mai mici. Explicația forțelor mareelor a fost dată pentru prima dată de Newton.
Mareele diferă ca durată și magnitudine. Cel mai adesea, există două maree înaltă și două maree joase în timpul zilei. Pe arcurile și coastele Americii de Est și Centrală, există o maree înaltă și una joasă în timpul zilei.
Mărimea mareelor este chiar mai variată decât perioada lor. Teoretic, o maree lunară este de 0,53 m, solară - 0,24 m. Astfel, cea mai mare maree ar trebui să aibă o înălțime de 0,77 m. În oceanul deschis și lângă insule, marea este destul de apropiată de cea teoretică: în Insulele Hawaii - 1 m , pe insula Sfânta Elena - 1,1 m; pe insule - 1,7 m. Pe continente, valoarea mareelor variază de la 1,5 la 2 m. În mările interioare, mareele sunt foarte nesemnificative: - 13 cm, - 4,8 cm. Este considerat fără maree, dar în jurul Veneției mareele sunt de până la 1 m. Cele mai mari pot fi observate următoarele maree înregistrate în:
În Golful Fundy (), marea a atins o înălțime de 16-17 m. Acesta este cel mai înalt indicator de maree de pe întreg globul.
În nord, în golful Penzhinskaya, înălțimea mareelor a ajuns la 12-14 m. Aceasta este cea mai mare maree de pe coasta Rusiei. Cu toate acestea, ratele de maree de mai sus sunt mai degrabă excepția decât regula. În majoritatea covârșitoare a punctelor de măsurare a mareelor, acestea sunt mici și rareori depășesc 2 m.
Importanța mareelor este foarte mare pentru navigația maritimă și construcția de porturi. Fiecare val transportă o cantitate imensă de energie.
Pentru a epuiza principalele întrebări legate de existența satelitului său, Luna, în apropierea Pământului, trebuie să spunem câteva cuvinte despre fenomenul mareelor. De asemenea, este necesar să răspundem la întrebarea finală ridicată în această carte: de unde a venit luna și care este viitorul ei? Care este valul?
În timpul mareelor înalte, pe țărmurile mărilor și oceanelor deschise, apa atacă țărmurile. Țărmurile joase sunt literalmente copleșite de mase uriașe de apă. Spații uriașe sunt acoperite cu apă. Marea, parcă, iese din țărmuri și apasă pe uscat. Apa mării se ridică clar.
În timpul mareelor înalte (64), navele oceanice adânci au posibilitatea de a pătrunde liber în porturile cu ape relativ puțin adânci și estuarele râurilor care se varsă în oceane.
Valul mare este foarte mare pe alocuri, ajungând la zece metri sau mai mult.
Trec aproximativ șase ore de la începutul creșterii apei, iar marea cedează locului refluxului (65), apa începe treptat
scade, marea de lângă coastă devine puțin adâncă, iar zone semnificative ale fâșiei de coastă sunt eliberate de apă. Recent, navele cu aburi au navigat în aceste locuri, iar acum locuitorii rătăcesc pe nisip și pietriș umed și adună scoici, alge și alte „cadouri” ale mării.
Ce explică aceste fluxuri și reflux constante? Ele se datorează atracției pe care o are luna asupra pământului.
Nu numai că Pământul atrage Luna, dar și Luna atrage Pământul. Gravitația Pământului afectează mișcarea Lunii, forțând Luna să se miște pe o cale curbă. Dar odată cu aceasta, atracția Pământului schimbă oarecum forma Lunii. Părțile orientate spre Pământ sunt atrase de Pământ mai puternic decât alte părți. Astfel, Luna ar trebui să aibă o formă oarecum alungită spre Pământ.
Atractia lunii afecteaza si forma pamantului. În partea care este orientată spre Lună în acest moment, există o oarecare umflare, întindere a suprafeței pământului (66).
Particulele de apă, deoarece sunt mai mobile și având o coeziune redusă, sunt mai susceptibile la această atracție a lunii decât particulele de pământ solid. În acest sens, în oceane se creează o creștere foarte vizibilă a apei.
Dacă Pământul, ca și Luna, ar fi mereu în fața Lunii cu aceeași parte, forma sa ar fi oarecum alungită în direcția Lunii și nu ar exista flux și reflux alternativ. Dar Pământul se întoarce în direcții diferite către toate corpurile cerești, inclusiv către Luna (rotație diurnă). În acest sens, de-a lungul Pământului pare să curgă un val de maree, alergând după Lună, care ridică apa oceanelor mai sus în părțile de pe suprafața pământului care se confruntă cu el în acest moment. Fluxul și refluxul ar trebui să alterne.
În timpul zilei, Pământul va face o întoarcere în jurul axei sale. În consecință, exact o zi mai târziu, aceleași părți ale suprafeței pământului ar trebui să fie îndreptate spre Lună. Dar știm că Luna reușește să treacă o parte din calea ei în jurul Pământului într-o zi, mișcându-se în aceeași direcție în care se rotește Pământul. Prin urmare, perioada este prelungită, după care aceleași părți ale Pământului se vor înfrunta cu Lună. Prin urmare ciclul fluxului și refluxului nu are loc pe zi, ci la 24 de ore și 51 de minute. În această perioadă de timp, două maree înalte și două maree joase alternează pe Pământ.
Dar de ce doi și nu unul? Găsim explicația pentru aceasta amintind încă o dată legea gravitației universale. Conform acestei legi, forța de atracție scade odată cu creșterea distanței și, în plus, este invers proporțională cu pătratul său: distanța se dublează - atracția scade de patru ori.
Pe partea Pământului, direct opusă celei care este îndreptată spre Lună, se întâmplă următoarele. Particulele apropiate de suprafața Pământului sunt atrase de Lună mai slab decât părțile interioare ale Pământului. Ei tind spre Lună mai puțin decât particulele mai apropiate de ea. Prin urmare, suprafața mărilor de aici, așa cum spune, rămâne oarecum în urma părților interioare solide ale globului, și aici se dovedește a fi și o cocoașă de apă, o înălțime de maree mn, aproximativ aceeași ca pe partea opusă. Și aici, marea curge peste țărmurile joase. În consecință, țărmurile oceanelor vor fi maree atât atunci când aceste țărmuri sunt îndreptate spre Lună, cât și când Luna se află în direcția opusă. Astfel, pe Pământ trebuie să existe în mod necesar două maree înalte și două maree joase în perioada unei revoluții complete a Pământului în jurul axei sale.
Desigur, marea este influențată și de gravitația soarelui. Dar, deși Soarele are dimensiuni colosale, este, totuși, mult mai departe de Pământ decât Lună. Influența sa mareelor este jumătate din cea a Lunii (este doar 5/11 sau 0,45 din influența mareelor a Lunii).
Mărimea fiecărei maree depinde și de înălțimea la care se află luna la un moment dat. În acest caz, este complet indiferent ce fază are Luna în acest moment și dacă este vizibilă pe cer. Luna poate sta în acest moment nu este deloc vizibilă, adică să fie în aceeași direcție cu soarele și invers. Doar în primul caz mareea va fi în general mai puternică decât de obicei, deoarece atracția Soarelui se adaugă și atracției Lunii.
Calculul arată că forța de maree a Lunii este doar o nouă milioane de parte din forța gravitațională de pe Pământ, adică forța cu care Pământul este atras de sine. Desigur, această atracție a Lunii este neglijabilă. Creșterea apei cu câțiva metri este, de asemenea, neglijabilă în comparație cu diametrul ecuatorial al globului, egal cu 12.756.776 m. Dar marea, chiar și atât de mică, este foarte, după cum știm, perceptibilă pentru locuitorii Pământului. , situat în largul țărmurilor oceanelor.
