Приливы и отливы
Тема: Интересные факты  
Приливы и отливы

Приливы - периодические колебания уровня моря, обусловленные силами притяжения Луны и Солнца в соединении с центробежными силами, развивающимися при вращении систем Земля - Луна и Земля - Солнце. Большая из этих сил – лунная – определяет основные черты приливов. Обычно прилив и отлив бывают 2 раза в сутки.

Связь между колебаниями уровня моря и фазами Луны была замечена ещё в древности. Первая статическая теория была предложена И. Ньютоном (1688) и развита его последователями Д. Бернулли, К. Маклореном, Л. Эйлером и др. Динамическая теория П. Лапласа (1775) была усовершенствована английским учёными Дж. Эри (1848), У. Томсоном (Кельвином, 1895) и Дж. Дарвином. Числовые методы предсказания морских приливов усовершенствованы английскими учёными А. Дудсоном (1928) и Д. Картрайтом (1973). Методы анализа земных приливов разработаны А. Дудсоном, Р. Леколазе, Б. П. Перцевым и П. С. Матвеевым  и А. П. Венедиковым. Эволюционно-космогоническое значение приливов впервые разработано Дж. Дарвином (1911).

В России первые наблюдения над приливами относятся к началу 18 века. В 1848 Ф. П. Литке опубликовал котидальную карту Баренцева моря.  А. М. Бухтеев и В. С. Стахевич обработали наблюдения над приливами, собранные до 1907 г. Земные приливы в СССР систематически начал наблюдать А. Я. Орлов с помощью наклономеров, а затем гравиметров, создав для этой цели Полтавскую гравиметрическую обсерваторию.

Гравитационное воздействие Земли на Луну и наоборот довольно велико. Разные части, скажем, Земли по разному подвергаются притяжению Луны: сторона, повернутая к Луне, - в большей степени, обратная сторона - в меньшей, так как дальше находится от нашего спутника. В результате, разные части Земли стремятся прийти в движение в направлении Луны с разными скоростями. Поверхность, обращенная к Луне, вздувается, центр Земли смещается меньше, а противоположная поверхность вовсе отстает, и с этой стороны тоже образуется вздутие - из-за "отставания". Земная кора деформируется неохотно, на суше приливных сил мы не замечаем. А вот про изменение уровня моря, про приливы и отливы, слышали все. Вода поддается воздействию Луны, образуя приливные горбы на двух противоположных сторонах планеты. Вращаясь, Земля "подставляет" Луне разные свои стороны, и приливной горб перемещается по поверхности. Такие деформации земной коры вызывают внутреннее трение, которое тормозит вращение нашей планеты. Раньше она вращалась гораздо быстрее. Луна еще больше подвергнута влиянию приливных сил, ведь Земля гораздо массивнее. Скорость вращения Луны настолько замедлилась, что она покорно повернулась к нашей планете одной стороной, и приливной горб не бежит более по лунной поверхности.

Точка земной поверхности, расположенная непосредственно под Луной, удалена всего на 6400 км от центра Земли и в среднем на 386 063 км от центра Луны. Кроме того, масса Земли приблизительно в 89 раз больше массы Луны. Таким образом, в этой точке земной поверхности притяжение Земли, действующее на любой объект, приблизительно в 300 тыс. раз больше притяжения Луны. Распространено представление, что вода на Земле, находящаяся прямо под Луной, поднимается в направлении Луны, что приводит к оттоку воды из других мест земной поверхности, однако, поскольку притяжение Луны столь мало в сравнении с притяжением Земли, его было бы недостаточно, чтобы поднять столь огромный вес.

Тем не менее, океаны, моря и большие озера на Земле, будучи крупными жидкими телами, способны перемещаться под действием силы бокового смещения, и любая слабая тенденция к сдвигу по горизонтали приводит их в движение. Все воды, не находящиеся непосредственно под Луной, подчиняются действию составляющей силы притяжения Луны, направленной тангенциально (касательно) к земной поверхности, как и ее составляющей, направленной вовне, и подвергаются горизонтальному смещению относительно твердой земной коры. В результате возникает течение воды из прилегающих районов земной поверхности по направлению к месту, находящемуся под Луной. Результирующее скопление воды в точке под Луной образует там прилив. Собственно приливная волна в открытом океане имеет высоту лишь 30–60 см, но она значительно увеличивается при подходе к берегам материков или островов.

За счет перемещения воды из соседних районов в сторону точки под Луной происходят соответствующие отливы воды в двух других точках, удаленных от нее на расстояние, равное четверти окружности Земли. Интересно отметить, что понижение уровня океана в этих двух точках сопровождается повышением уровня моря не только на стороне Земли, обращенной к Луне, но и на противоположной стороне. Этот факт тоже объясняется законом Ньютона. Два или несколько объектов, расположенные на разных расстояниях от одного и того же источника тяготения и подвергающиеся, следовательно, ускорению силы тяжести разной величины, перемещаются относительно друг друга, поскольку ближайший к центру тяготения объект сильнее всего притягивается к нему. Вода в подлунной точке испытывает более сильное притяжение к Луне, чем Земля под ней, но Земля, в свою очередь, сильнее притягивается к Луне, чем вода, на противоположной стороне планеты. Таким образом, возникает приливная волна, которая на обращенной к Луне стороне Земли называется прямой, а на противоположной – обратной. Первая из них всего на 5% выше второй.

Благодаря вращению Луны по орбите вокруг Земли между двумя последовательными приливами или двумя отливами в данном месте проходит примерно 12 ч 25 мин. Интервал между кульминациями последовательных прилива и отлива около 6 ч 12 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин между двумя последовательными приливами называется приливными (или лунными) сутками.

С точки зрения физики, под воздействием Луны (Солнца) возникают приливообразующие силы, которые представляют собой разность между силами притяжения Луной частицы (элемента массы воды, земли или воздуха), расположенной в любой точке Земли, например на её поверхности, и притяжением Луной частицы той же массы в центре Земли. Эти силы пропорциональны массе Луны (m), расстоянию от центра Земли (r) и обратно пропорциональны кубу расстояния от Земли до Луны (R), кроме того, они зависят от зенитного расстояния Луны (z).

 

Степень воздействия приливообразующих сил на каждую частицу воды, независимо от ее местоположения на земной поверхности, определяется законом всемирного тяготения Ньютона.

Этот закон гласит, что две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс обеих частиц и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. При этом подразумевается, что чем более масса тел, тем больше возникающая между ними сила взаимного притяжения (при одинаковой плотности меньшее тело создаст меньшее притяжение, чем большее). Закон также означает, что чем больше расстояние между двумя телами, тем меньше между ними притяжение. Поскольку эта сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя телами, в определении величины приливообразующей силы фактор расстояния играет значительно большую роль, чем массы тел.

Вследствие суточного вращения Земли и движения Земли, Луны и Солнца по своим орбитам, приливообразующая сила в каждой точке на поверхности Земли непрерывно меняется во времени, никогда точно не повторяясь. Однако приливные силы можно представить как сумму большого числа строго периодических составляющих, определяемых из теории движения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца. Таблицы, составленные английским учёным Д. Картрайтом (1973), содержат около 500 членов. Эти периодические приливные силы разделяются на 4 типа. Долгопериодные приливы дают наибольшие колебания уровневой поверхности на полюсах, вдвое меньшие на экваторе и нулевые на широтах ± 35,3°. К ним относятся приливы с периодами в 18,6 года, 1 год, 0,5 года, 1 месяц и 2 недели (Mf). Эти приливы периодически изменяют сжатие Земли, её полярный момент инерции и угловую скорость вращения Земли. Суточные приливы возникают вследствие несовпадения плоскости экватора с плоскостью лунной орбиты и плоскостью эклиптики. Они дают наибольшие поднятия и опускания земных приливов на широтах ± 45° и нулевые на полюсах и экваторе. Главные из них — лунная волна O1 с периодом 25,8 ч и лунно-солнечная волна K1 с периодом в 23,9 ч. Полусуточные приливы, дающие максимальные поднятия и опускания для статических приливов на экваторе и нулевые на полюсах. Главные полусуточные волны — это лунная волна M2 с периодом в 12,4 ч и приблизительно в 2 раза меньшая солнечная волна S2 с периодом в 12 ч. Короткопериодные волны с периодами около 1/3 суток и короче.

Самый высокий уровень воды, наблюдаемый за сутки или половину суток во время прилива, называется полной водой, самый низкий уровень во время отлива – малой водой, а момент достижения этих предельных отметок уровня – стоянием (или стадией) соответственно прилива или отлива. Средний уровень моря – условная величина, выше которой расположены отметки уровня во время приливов, а ниже – во время отливов. Это результат осреднения больших рядов срочных наблюдений. Средняя высота прилива (или отлива) – осредненная величина, рассчитанная по большой серии данных об уровнях полных или малых вод. Оба этих средних уровня привязаны к местному футштоку.

Футшток – это обычная рейка с нанесенной на нее шкалой в сантиметрах, прикрепляемая вертикально к пирсу или к опоре, погруженной в воду так, что нулевая отметка находится ниже наиболее низкого уровня отлива. Изменения уровня считывают непосредственно с этой шкалы.

Для обеспечения мореплавания в России, Великобритании, США, Японии и др. странах издаются «Таблицы приливов», содержащие данные о высоте прилива в нужных портах на каждый час в течение года.

Somus.Ru




Эта новость взята с сайта LifeRooM - Душевное настроение!.58