Månens inflytande på jordiska världen finns, men det uttalas inte. Det är nästan omöjligt att se det. Det enda fenomen som synligt visar effekten av månens gravitation är månens effekt på tidvattnet. Våra gamla förfäder förknippade dem med månen. Och de hade helt rätt.
Hur påverkar månen tidvattnet
Tidvattnet är så starkt på vissa ställen att vattnet drar sig tillbaka hundratals meter från kusten och blottar botten, där folken som bor vid kusten samlade in skaldjur. Men med obönhörlig precision rullar vattnet som drar sig tillbaka från stranden igen. Om du inte vet hur ofta tidvattnet inträffar kan du vara långt från kusten och till och med dö under den framryckande vattenmassan. Kustbefolkningen kände perfekt till tidtabellen för vattnets ankomst och avgång.
Detta fenomen inträffar två gånger om dagen. Dessutom finns ebb och flod inte bara i haven och oceanerna. Alla vattenkällor påverkas av månen. Men långt från havet är detta nästan omärkligt: ibland stiger vattnet lite, sedan faller det lite.
Månens inverkan på vätskor
Vätska är det enda naturliga elementet som rör sig bakom månen och gör svängningar. En sten eller ett hus kan inte attraheras av månen eftersom de har en solid struktur. Det formbara och plastiska vattnet visar tydligt effekten av månmassan.
Vad händer under högvatten eller lågvatten? Hur höjer månen vatten? Månen påverkar allra starkast vattnet i haven och oceanerna från den sidan av jorden, som är i det här ögonblicket riktad direkt till henne.
Om du tittar på jorden i detta ögonblick kan du se hur månen drar havets vatten mot sig själv, lyfter dem och vattenpelaren sväller och bildar en "puckel", eller snarare, två "puckel" dyker upp - högt från den sida där månen är belägen, och mindre uttalad på den motsatta sidan.
"Pucklar" följer exakt månens rörelse runt jorden. Eftersom världshavet är en enda helhet och vattnet i det kommunicerar, rör sig puckeln från stranden och sedan till stranden. Eftersom månen passerar två gånger genom punkter som ligger på ett avstånd av 180 grader från varandra, observerar vi två högvatten och två lågvatten.
Ebb och flod enligt månens faser
- De största ebb och flod inträffar vid havets stränder. I vårt land - vid stränderna av Arktis och Stilla havet.
- Mindre betydande tidvatten är karakteristiska för inlandshav.
- Ännu svagare observeras detta fenomen i sjöar eller floder.
- Men även vid havets stränder är tidvattnet starkare vid en tid på året och svagare vid en annan. Detta är redan kopplat till månens avstånd från jorden.
- Ju närmare månen är vår planets yta, desto starkare blir ebb och flod. Ju längre - desto, naturligtvis, svagare.
Vattenmassor påverkas inte bara av månen utan också av solen. Bara avståndet från jorden till solen är mycket större, så vi märker inte dess gravitationsaktivitet. Men det har länge varit känt att tidvattnet ibland blir väldigt starkt. Detta händer när det är nymåne eller fullmåne.
Det är här solens kraft kommer in i bilden. I detta ögonblick ställer alla tre planeterna - Månen, Jorden och Solen - upp i en rak linje. Två attraktionskrafter verkar redan på jorden - både månen och solen.
Naturligtvis ökar höjden på vattnets stigning och fall. Den starkaste viljan gemensamt inflytande Månen och solen, när båda planeterna är på samma sida av jorden, det vill säga när månen är mellan jorden och solen. OCH starkare vatten kommer att stiga från den sida av jorden som är vänd mot månen.
Detta fantastisk egendom Månen används av människor för att få gratis energi. Vid havets och oceanernas stränder byggs nu tidvattenkraftverk som genererar elektricitet tack vare månens "arbete". Tidvattenkraftverk anses vara de mest miljövänliga. De agerar enligt naturliga rytmer och förorenar inte miljön.
Ebb och flod
högvatten Och lågvatten- periodiska vertikala fluktuationer i havets eller havets nivå, till följd av förändringar i månens och solens positioner i förhållande till jorden, i kombination med effekterna av jordens rotation och egenskaper denna lättnad och manifesteras i periodiska horisontell förskjutning av vattenmassor. Tidvatten orsakar förändringar i havsnivån och periodiska strömmar, så kallade tidvattenströmmar, vilket gör tidvattenförutsägelse viktig för kustnavigering.
Intensiteten hos dessa fenomen beror på många faktorer, men den viktigaste av dem är graden av förbindelse mellan vattenkroppar och haven. Ju mer stängd reservoaren är, desto mindre är graden av manifestation av tidvattenfenomen.
Den årliga återkommande tidvattencykeln förblir oförändrad på grund av den exakta kompensationen av attraktionskrafterna mellan solen och planetparets masscentrum och tröghetskrafterna som appliceras på detta centrum.
Eftersom månens och solens position i förhållande till jorden periodiskt ändras, förändras också intensiteten hos de resulterande tidvattenfenomenen.
Lågvatten vid Saint Malo
Historia
Ebbvatten spelade en betydande roll för att förse kustbefolkningen med skaldjur, vilket gjorde att de kunde samlas på de exponerade havsbotten mat som är lämplig att äta.
Terminologi
Lågt vatten (Bretagne, Frankrike)
Den maximala nivån på vattenytan vid högvatten kallas fullt vatten, och minimum vid lågvatten - lågt vatten. I havet, där botten är jämn och landet är långt borta, högt vatten manifesterar sig som två "utbuktningar" av vattenytan: en av dem är från månens sida och den andra är i motsatt ände Globen. Det kan också finnas ytterligare två mindre svullnader på sidan som är riktad mot solen och mitt emot den. En förklaring av denna effekt finns nedan, i avsnittet tidvattnets fysik.
Eftersom månen och solen rör sig i förhållande till jorden, rör sig vattenpuckel med dem och bildas tidvågor Och tidvattenströmmar. I öppet hav är tidvattenströmmar roterande till sin natur, och nära kusten och i smala vikar och sund går de fram och tillbaka.
Om hela jorden var täckt av vatten skulle vi observera två regelbundna hög- och lågvatten dagligen. Men eftersom den obehindrade utbredningen av flodvågor förhindras av landområden: öar och kontinenter, och även på grund av Coriolis-kraftens verkan på rörligt vatten, istället för två flodvågor, finns det många små vågor som långsamt (i de flesta fall med en period på 12 h 25,2 min ) springa runt en punkt som kallas amfidromi, där tidvattenamplituden är noll. Tidvattnets dominerande komponent (måntidvattnet M2) bildar omkring ett dussin amfidromiska punkter på världshavets yta med vågrörelser medsols och ungefär lika motsols (se karta). Allt detta gör det omöjligt att förutsäga tidvattnet endast på basis av månens och solens positioner i förhållande till jorden. Istället använder de sig av "tidvattnets årsbok" - ett referensverktyg för att beräkna tidpunkten för tidvattens början och deras höjd på olika punkter på jordklotet. Tidvattentabeller används också, med data om ögonblick och höjder för låg- och högvatten, beräknade ett år framåt för stora tidvattenhamnar.
Tidvattenkomponent M2
Om vi kopplar ihop punkter på kartan med samma tidvattenfaser får vi den sk kotidala linjer strålar från amfidrompunkten. Typiskt kännetecknar kotidlinjer positionen för flodvågens topp för varje timme. Faktum är att kotidlinjerna återspeglar flodvågens utbredningshastighet på 1 timme. Kartor som visar linjer med lika amplituder och faser av flodvågor kallas kotidal kort.
högvatten- skillnad mellan högsta nivån vatten vid högvatten (högvatten) och dess lägsta nivå vid lågvatten (lågvatten). Tidvattnets höjd är ett variabelt värde, men dess genomsnittliga indikator ges när man karakteriserar varje del av kusten.
Beroende på månens och solens relativa position kan små och stora flodvågor förstärka varandra. För sådana tidvatten har speciella namn historiskt utvecklats:
- Kvadratur tidvatten- det minsta tidvattnet, när månens och solens tidvattenskrafter verkar i rät vinkel mot varandra (denna position för armaturerna kallas kvadratur).
- vårflod- det största tidvattnet, när månens och solens tidvattenskrafter verkar i samma riktning (denna position för armaturerna kallas syzygy).
Ju mindre eller större tidvattnet är, desto mindre eller, respektive, desto större ebb.
Världens högsta tidvatten
Den kan observeras i Bay of Fundy (15,6-18 m), som ligger på Kanadas östkust mellan New Brunswick och Nova Scotia.
På den europeiska kontinenten observeras de högsta tidvatten (upp till 13,5 m) i Bretagne nära staden Saint Malo. Här flodvåg fokuserar på kusten på halvöarna Cornwall (England) och Cotentin (Frankrike).
Tidvattenfysik
Modern formulering
I förhållande till planeten jorden är orsaken till tidvatten närvaron av planeten i gravitationsfältet som skapas av solen och månen. Eftersom effekterna de skapar är oberoende, kan dessa himlakroppars påverkan på jorden betraktas separat. I det här fallet, för varje par av kroppar, kan vi anta att var och en av dem kretsar runt gemensamt centrum allvar. För jord-sol-paret är detta centrum beläget i solens djup på ett avstånd av 451 km från dess centrum. För jord-måneparet är det beläget djupt i jorden på ett avstånd av 2/3 av dess radie.
Var och en av dessa kroppar upplever verkan av tidvattenkrafter, vars källa är gravitationskraften och inre krafter som säkerställer himlakroppens integritet, i vars roll är kraften av dess egen attraktion, hädanefter kallad själv- allvar. Uppkomsten av tidvattenkrafter syns tydligast i exemplet med jord-sol-systemet.
Tidvattenkraften är resultatet av den konkurrerande växelverkan mellan gravitationskraften riktad mot tyngdpunkten och minskar omvänt med kvadraten på avståndet från den, och den fiktiva centrifugalkraften av tröghet på grund av en himlakropps rotation runt detta centrum . Dessa krafter, som är motsatta i riktning, sammanfaller i storlek endast vid massacentrum för var och en av himlakropparna. Genom handling inre krafter Jorden kretsar runt solens centrum som helhet med en konstant vinkelhastighet för varje element av dess ingående massa. Därför, när detta masselement rör sig bort från tyngdpunkten, växer centrifugalkraften som verkar på det i proportion till kvadraten på avståndet. En mer detaljerad fördelning av tidvattenkrafter i deras projektion på ett plan, vinkelrätt mot planet ekliptika visas i Fig.1.
Fig.1 Schema över fördelningen av tidvattenkrafter i projektionen på ett plan vinkelrätt mot ekliptikan. En graviterande kropp är antingen till höger eller till vänster.
Enligt det newtonska paradigmet kan reproduktionen av förändringar i formen på de kroppar som utsätts för deras verkan, som uppnås som ett resultat av verkan av tidvattenkrafter, uppnås endast om dessa krafter helt kompenseras av andra krafter, som kan inkludera universell gravitationskraft.
Fig.2 Deformation av jordens vattenskal som ett resultat av balansen mellan tidvattenkraft, självgravitationskraft och vattenkraftens reaktion på tryckkraften
Som ett resultat av tillägget av dessa krafter uppstår tidvattenkrafter symmetriskt på båda sidor av jordklotet, riktade i olika sidor Från honom. Tidvattenkraften riktad mot solen är av gravitationskaraktär, och den som riktas bort från solen är resultatet av en fiktiv tröghetskraft.
Dessa krafter är extremt svaga och kan inte jämföras med självgravitationskrafterna (accelerationen de skapar är 10 miljoner gånger mindre än accelerationen fritt fall). Men de orsakar en förskjutning av vattenpartiklarna i haven (motståndet mot skjuvning i vatten vid låga hastigheter är praktiskt taget noll, medan kompressionen är extremt hög), tills tangenten till vattenytan blir vinkelrät mot den resulterande kraften.
Som ett resultat uppstår en våg på havsytan, som intar en konstant position i system av ömsesidigt graviterande kroppar, men löper längs havets yta tillsammans med den dagliga rörelsen av dess botten och kuster. Således (om man försummar havsströmmar) gör varje vattenpartikel en oscillerande rörelse upp och ner två gånger under dagen.
Den horisontella rörelsen av vatten observeras endast nära kusten som ett resultat av höjningen av dess nivå. Rörelsehastigheten är större, ju skonsammare havsbotten ligger.
Tidvattenpotential
(begreppet acad. Shuleikin)
Vi försummar månens storlek, struktur och form, skriver vi specifik kraft attraktion av en testkropp belägen på jorden. Låt vara radievektorn riktad från testkroppen mot månen, vara längden på denna vektor. I det här fallet kommer månens attraktionskraft av denna kropp att vara lika med
var är den selenometriska gravitationskonstanten. Vi placerar testkroppen vid punkten. Attraktionskraften för en testkropp placerad i jordens masscentrum kommer att vara lika med
Här, och förstås som radievektorn som förbinder jordens och månens masscentra, och deras absoluta värden. Vi kommer att kalla tidvattenkraften skillnaden mellan dessa två gravitationskrafter
I formlerna (1) och (2) anses månen vara en boll med en sfäriskt symmetrisk massfördelning. Kraftfunktionen för attraktionen av testkroppen av Månen skiljer sig inte från kraftfunktionen för attraktionen av bollen och är lika med Den andra kraften appliceras på jordens masscentrum och är ett strikt konstant värde. För att få fram kraftfunktionen för denna kraft inför vi ett tidskoordinatsystem. Vi ritar axeln från jordens centrum och riktar den mot månen. Vi lämnar riktningarna för de andra två axlarna godtyckliga. Då blir kraftens kraftfunktion lika med . Tidvattenpotential kommer att vara lika med skillnaden mellan dessa två kraftfunktioner. Låt oss beteckna det, vi kommer att få konstant vi kommer att definiera från ett normaliseringstillstånd enligt vilket tidvattenpotentialen i jordens mitt är lika med noll. I jordens centrum följer det att. Därför får vi den slutliga formeln för tidvattenpotentialen i formen (4)
I den mån som
För små värden på , , kan det sista uttrycket representeras i följande form
Genom att ersätta (5) med (4) får vi
Deformation av planetens yta under påverkan av ebb och flod
Den störande effekten av tidvattenpotentialen deformerar planetens plana yta. Låt oss utvärdera denna effekt, och anta att jorden är en sfär med en sfäriskt symmetrisk massfördelning. Jordens orörda gravitationspotential på ytan kommer att vara lika med . För en prick. , som ligger på avstånd från sfärens centrum, är jordens gravitationspotential . Reducerar med gravitationskonstanten får vi . Här är variablerna och . Låt oss beteckna förhållandet mellan den graviterande kroppens massor och planetens massa grekiskt brev och lös det resulterande uttrycket för:
Eftersom med samma grad av noggrannhet får vi
Med tanke på förhållandets litenhet sista uttrycken kan skrivas så här
Således har vi erhållit ekvationen för en biaxiell ellipsoid, där rotationsaxeln sammanfaller med axeln, dvs med en rät linje som förbinder gravitationskroppen med jordens centrum. Halvaxlarna för denna ellipsoid är uppenbarligen lika
Vi ger en liten numerisk illustration i slutet. denna effekt. Låt oss beräkna tidvattens "puckel" på jorden, orsakad av månens attraktion. Jordens radie är km, avståndet mellan jordens centra och månen, med hänsyn till månens instabilitet, är km, förhållandet mellan jordens massa och månens massa är 81: 1. När vi byter in i formeln får vi naturligtvis ett värde som är ungefär lika med 36 cm.
se även
Anteckningar
Litteratur
- Frish S. A. och Timoreva A. V. Väl allmän fysik, Lärobok för fysik och matematik och fakulteterna för fysik och teknik statliga universitet, volym I. M .: GITTL, 1957
- Shchuleykin V.V. Havets fysik. M.: Publishing House "Nauka", Institutionen för geovetenskaper vid USSRs vetenskapsakademi 1967
- Voight S.S. Vad är tidvatten. Redaktionsrådet för populärvetenskaplig litteratur vid USSR:s vetenskapsakademi
Länkar
- WXTide32 är ett gratis tidvattenkartprogram.
| måne | ||
|---|---|---|
| Egenheter |  |
|
Haven och haven rör sig bort från kusten två gånger om dagen (lågvatten) och två gånger närmar sig den (högvatten). På vissa reservoarer finns det praktiskt taget inga tidvatten, medan på andra kan skillnaden mellan lågvatten och högvatten längs kusten vara upp till 16 meter. I grund och botten är tidvattnet halvdagligt (två gånger om dagen), men på vissa ställen är det dagliga, det vill säga vattennivån ändras bara en gång om dagen (ett lågvatten och ett högvatten).
Tidvattnet är mest märkbart i kustremsorna, men i själva verket passerar de genom hela tjockleken av haven och andra vattendrag. I sund och andra smala platser kan lågvatten nå mycket höga hastigheter - upp till 15 km/h. I grund och botten påverkas fenomenet, liksom ebb och flod, av månen, men till viss del är även solen inblandad i detta. Månen är mycket närmare jorden än solen, så dess inflytande på planeterna är starkare även om den naturliga satelliten är mycket mindre, och båda himlakropparna kretsar runt stjärnan.
Månens inflytande på tidvattnet
Om kontinenterna och öarna inte stör månens inflytande på vattnet, och hela jordens yta täcktes av ett hav med lika djup, skulle tidvattnet se ut så här. Den del av havet som är närmast Månen skulle på grund av tyngdkraften stiga mot naturlig satellit, på grund av centrifugalkraften skulle den motsatta delen av reservoaren också stiga, det skulle vara ett tidvatten. Sänkningen av vattennivån skulle ha inträffat i en linje som är vinkelrät mot månens inflytandeband, i den delen skulle det ha varit lågvatten.
Solen kan också ha viss inverkan på världshaven. Vid nymåne och fullmåne, när månen och solen är i en rät linje med jorden, adderas attraktionskraften hos båda armaturerna, vilket orsakar den mest starka tidvatten och ebbar ut. Om dessa himlakropparär vinkelräta mot varandra med avseende på jorden, då kommer de två attraktionskrafterna att motsätta sig varandra, och tidvattnet kommer att vara det svagaste, men fortfarande till förmån för månen.
Närvaron av olika öar gör en stor variation i rörelsen av vatten vid ebb och flod. I vissa reservoarer spelar kanalen och naturliga hinder i form av land (öar) en viktig roll, så vattnet rinner in och ut ojämnt. Vattnen ändrar sin position inte bara i enlighet med månens tyngdkraft, utan också beroende på terrängen. I det här fallet, när vattennivån ändras, kommer den att flyta längs vägen med minsta motstånd, men i enlighet med inflytandet från nattstjärnan.
Nivån på havens och havens yta ändras med jämna mellanrum, ungefär två gånger om dagen. Dessa fluktuationer kallas ebb och flod. Vid högvatten stiger havsnivån gradvis och når sitt högsta läge. Vid lågvatten sjunker nivån gradvis till det lägsta. Vid högvatten rinner vatten mot stränderna, vid lågvatten rinner det bort från stränderna.
Ebb och flod är stående tidvatten. De bildas som ett resultat av påverkan av sådana kosmiska kroppar som solen. Enligt lagarna för samverkan mellan kosmiska kroppar, attraherar vår planet och månen varandra. Månens attraktion är så stark att havets yta verkar kröka sig mot den. Månen rör sig runt jorden och en flodvåg "löper" över havet bakom den. En våg kommer att nå stranden - det är tidvattnet. En liten tid kommer att gå, vattnet, efter månen, kommer att röra sig bort från stranden - det är ebben. Enligt samma universella kosmiska lagar bildas även ebbar och flöden från solens attraktion. Emellertid är den tidvattenbildande kraften hos solen, på grund av dess avlägset läge, mycket mindre än månens, och om det inte fanns någon måne, skulle tidvattnet på jorden vara 2,17 gånger mindre. Förklaringen av tidvattenkrafter gavs först av Newton.
Tidvatten varierar i varaktighet och magnitud. Oftast under dagen är det två hög- och två lågvatten. På bågarna och kusterna i Öst- och Centralamerika är det ett högvatten och ett lågvatten under dagen.
Storleken på tidvattnet är ännu mer varierande än deras period. Teoretiskt sett är ett månvatten 0,53 m, sol - 0,24 m. Det största tidvattnet bör alltså ha en höjd av 0,77 m. öppet hav och nära öarna är tidvattnet ganska nära det teoretiska: på Hawaiiöarna - 1 m, på St. Helena - 1,1 m; på öarna - 1,7 m. På kontinenterna sträcker sig tidvattnet från 1,5 till 2 m. I inlandshaven är tidvattnet mycket små: - 13 cm, - 4,8 cm. Det anses vara tidlöst, men nära Venedig är tidvattnet upp till 1 m. Den största kan noteras följande tidvatten registrerade i:
I Bay of Fundy () nådde tidvattnet en höjd av 16-17 m. Detta är den största tidvattenindikatorn på hela jordklotet.
I norr, i Penzhinabukten, nådde tidvattenhöjden 12-14 m. Detta är det största tidvattnet utanför Rysslands kust. Ovanstående tidvattensiffror är dock undantag snarare än regel. Vid de allra flesta tidvattennivåmätpunkter är de små och överstiger sällan 2 m.
Tidvattnets betydelse är mycket stor för sjöfart och hamnanläggningar. Varje flodvåg bär på en enorm mängd energi.
Vad orsakar tidvatten?
Invånare i de flesta städer och byar som ligger vid havets och havens stränder kan två gånger om dagen observera en av de mest intressanta fenomen natur - regelbundna förändringar i vattennivåer, som kallas ebb och flod. Sådana fenomen uppstår på grund av närvaron av en attraktionskraft mellan jorden, månen och solen, samt på grund av centrifugalkraft, som härrör från jordens, och därmed månen, rotation runt solen längs en viss bana. Den här artikeln kommer att fokusera på de högsta tidvattnen.
Hög- och lågvatten förekommer två gånger om dagen. Varje sådant fenomen varar i genomsnitt cirka 6 timmar och 10 minuter. Efter att ha nått sin maxpunkt (det så kallade högvattnet) börjar havsnivån gradvis minska, vilket också tar cirka 6 timmar, tills det når sitt minimum (lågt vatten). Det bästa sättet att se ebb och flod av tidvattnet är att titta på öppet hav, havet eller havet.
Tidvattenrekordhållare - Bay of Fundy
Beroende på var på planeten kan tidvatten uppstå vid olika frekvenser. Till exempel på Centralamerikas kust, på öbågar, i Östasien hög- och lågvatten förekommer endast en gång om dagen. Men höjden på tidvattnet är mycket mer varierande än deras frekvens, och det beror på många olika faktorer. I det öppna havet och nära öarna är höjden på tidvattnet relativt liten: på Hawaiiöarna, cirka 1,1 meter, på Fijiöarna - 1,8 meter, nära St. Helena - 1,1 meter. I innanhav är dock skillnaden i vattenstånd mellan högvatten och lågvatten ganska liten. I Svarta havet är den bara 14 cm.
Men rekordhållaren för höjden av tidvattnet är Bay of Fundy, som tvättar Kanadas och USA:s kust. Denna bukt är ganska stor: längd - 300 km, djup upp till 215 meter, och dess bredaste del når 90 km bred. Mest högvatten, registrerad i Bay of Fundy, nådde 18 meter, vilket nu är ett världsrekord.
Port Saint John
Port Saint John, som ligger vid Bay of Fundy (tidigare French Bay), är unik byggnad. Många arbetskraft sjömän var tvungna att anpassa sig till egenheter lokal natur att bemästra havet. Fartyg får endast gå in i hamnen i enlighet med ett strikt schema, i särskild tid dagar.
Det högsta tidvattnet utanför Rysslands kust registrerades i norra delen av Okhotskhavet, i Penzhinabukten. Dess höjd var 14 m. Sådana höga siffror uppnåddes endast en gång, i början av förra seklet.
