Naš planet je stalno u gravitacijskom polju koje stvaraju Mjesec i Sunce. To je uzrok jedinstvenog fenomena, izraženog u oseci i oseci na Zemlji. Pokušajmo shvatiti utječu li ti procesi na okoliš i ljudski život.
Mehanizam fenomena "oseke i toka"
Priroda formiranja oseka i tokova već je dovoljno proučena. Tijekom godina znanstvenici su istraživali uzroke i posljedice ovog fenomena.
Slične fluktuacije u razini kopnenih voda mogu se prikazati u sljedećem sustavu:
- Razina vode postupno raste, dosežući svoju najvišu točku. Taj se fenomen naziva puna voda.
- Nakon određenog vremena voda počinje opadati. Znanstvenici su ovom procesu dali definiciju "oseke".
- Oko šest sati voda nastavlja ići do svoje minimalne točke. Takva promjena nazvana je u obliku izraza "niska voda".
Možete primijetiti neku pravilnost ako promatrate proces plime na istom mjestu mjesec dana. Zanimljivi su rezultati analize: dnevne niske i visoke vode mijenjaju svoje mjesto. Uz takav prirodni faktor kao što je formiranje mladog mjeseca i punog mjeseca, razine proučavanih objekata odmiču jedna od druge.
Posljedično, ovo čini dva puta mjesečno amplitudu plime maksimalnom. Pojava najmanje amplitude također se javlja povremeno, kada se, nakon karakterističnog utjecaja Mjeseca, razine niskih i visokih voda postupno približavaju jedna drugoj.
Uzroci plime i oseke na Zemlji
Dva su faktora koji utječu na formiranje plime i oseke. Treba pažljivo razmotriti oba objekta koji utječu na promjenu vodenog prostora Zemlje.
Utjecaj lunarne energije na oseku i oseku
Iako je utjecaj Sunca na uzrok porasta i pada plime i oseke neosporan, utjecaj mjesečeve aktivnosti je od najveće važnosti u ovom pitanju. Da bismo osjetili značajan utjecaj gravitacije satelita na naš planet, potrebno je pratiti razliku u privlačenju Mjeseca u različitim dijelovima Zemlje.
Rezultati eksperimenta će pokazati da je razlika u njihovim parametrima prilično mala. Stvar je u tome što je točka zemljine površine najbliža Mjesecu podložna vanjskom utjecaju doslovno 6% više od najudaljenije. Sa sigurnošću se može reći da ovo razdvajanje sila gura Zemlju u smjeru putanje Mjesec-Zemlja.
Uzimajući u obzir činjenicu da se naš planet stalno okreće oko svoje osi tijekom dana, dvostruki plimni val prolazi dva puta duž perimetra stvorene dionice. To je popraćeno stvaranjem takozvanih dvostrukih "dolina", čija visina u oceanima u načelu ne prelazi 2 metra.
Na teritoriju zemljine zemlje takve fluktuacije dosežu najviše 40-43 centimetra, što u većini slučajeva prolazi nezapaženo od strane stanovnika našeg planeta.
Sve to dovodi do činjenice da ne osjećamo snagu plime ni na kopnu ni u elementu vode. Sličan fenomen možete promatrati na uskom pojasu obale, jer vode oceana ili mora, inercijom, ponekad dobivaju impresivne visine.
Iz svega rečenog možemo zaključiti da su oseke i oseke najviše povezane s Mjesecom. To istraživanje u ovom području čini najzanimljivijim i najrelevantnijim.
Utjecaj aktivnosti Sunca na oseke i oseke
Značajna udaljenost glavne zvijezde Sunčevog sustava od našeg planeta utječe na to da je njezin gravitacijski učinak manje primjetan. Kao izvor energije, Sunce je svakako puno masivnije od Mjeseca, ali se ipak osjeća po impresivnoj udaljenosti između dvaju nebeskih tijela. Amplituda solarnih plima i oseka gotovo je upola manja od plimnih procesa Zemljinog satelita.
Poznata je činjenica da se za vrijeme punog Mjeseca i rasta Mjeseca sva tri nebeska tijela – Zemlja, Mjesec i Sunce – nalaze na istoj ravnoj liniji. To dovodi do preklapanja mjesečeve i solarne plime.
Tijekom razdoblja smjera od našeg planeta do njegovog satelita i glavne zvijezde Sunčevog sustava, koji se međusobno razlikuju za 90 stupnjeva, postoji određeni utjecaj Sunca na proces koji se proučava. Dolazi do povećanja razine oseke i smanjenja razine plime kopnenih voda.
Sve ukazuje na to da Sunčeva aktivnost utječe i na energiju plime i oseke na površini našeg planeta.
Glavne vrste oseka i tokova
Moguće je klasificirati takav koncept prema trajanju ciklusa plime i oseke. Razgraničenje će biti fiksirano pomoću sljedećih točaka:
- Poludnevne promjene na površini vode. Takve transformacije sastoje se od dva puna i istog broja nepotpunih voda. Parametri izmjeničnih amplituda međusobno su gotovo jednaki i izgledaju poput sinusne krivulje. Najviše su lokalizirani u vodama Barentsovog mora, na velikoj liniji obalnog pojasa Bijelog mora i na području gotovo cijelog Atlantskog oceana.
- Dnevna kolebanja vodostaja. Njihov proces se sastoji od jedne pune i nepotpune vode za period koji se računa unutar jednog dana. Sličan fenomen opažen je u Tihom oceanu, a njegovo nastajanje iznimno je rijetko. Tijekom prolaska Zemljinog satelita kroz ekvatorijalnu zonu moguć je učinak stajaće vode. Ako je Mjesec u opadanju s najmanjim indikatorom, javljaju se male ekvatorske plime. Pri najvećim brojevima događa se proces formiranja tropskih plima i oseka, praćen najvećom snagom dotoka vode.
- Mješovite plime i oseke. Ovaj koncept uključuje prisutnost nepravilnih poludnevnih i dnevnih morskih mijena. Poludnevne promjene u razini Zemljine vodene ljuske, koje imaju nepravilnu konfiguraciju, na mnogo su načina slične poludnevnim plimama i osekama. U promijenjenim dnevnim plimama može se uočiti tendencija dnevnih fluktuacija, ovisno o stupnju deklinacije Mjeseca. Mješovitim plimama najviše su pogođene vode Tihog oceana.
- anomalne plime. Ovi usponi i padovi vode ne odgovaraju opisu nekih od gore navedenih značajki. Ova anomalija povezana je s konceptom "plitke vode", koja mijenja ciklus porasta i pada razine vode. Utjecaj ovog procesa posebno je izražen u ušćima rijeka, gdje su plime i oseke vremenski kraće od oseke. Sličnu kataklizmu možete promatrati u nekim dijelovima Engleskog kanala i u strujama Bijelog mora.
Dijagram oseke i toka na Zemlji
Postoji takozvana tablica plime i oseke. Neophodno je za ljude koji po prirodi svojih aktivnosti ovise o promjenama razine vode u zemlji. Da biste imali točne informacije o ovoj pojavi, morate obratiti pozornost na:
- Određivanje područja gdje je važno znati podatke o plimi i oseci. Vrijedno je zapamtiti da će čak i blisko razmaknuti objekti imati drugačiju karakteristiku fenomena od interesa.
- Pronalaženje potrebnih informacija korištenjem internetskih izvora. Za točnije informacije možete posjetiti luku regije koja se proučava.
- Određivanje vremena potrebe za točnim podacima. Ovaj aspekt ovisi o tome jesu li informacije potrebne za određeni dan ili je raspored učenja fleksibilniji.
- Rad s tablicom u načinu nastalih potreba. Prikazat će sve podatke o plimi i oseci.
- Stupci na vrhu tablice pokazuju dane i datume navodnog događaja. Ova stavka će vam omogućiti da saznate točku određivanja vremenskog okvira studije.
- Ispod linije privremenog obračuna nalaze se brojke postavljene u dva reda. U formatu dana ovdje se nalazi dekodiranje faza izlaska Mjeseca i Sunca.
- Dolje je grafikon valnog oblika. Ovi pokazatelji fiksiraju vrhove (plime) i depresije (oseke) voda proučavanog područja.
- Nakon izračuna amplitude valova lociraju se podaci o ulasku nebeskih tijela koja utječu na promjene u vodenom omotaču Zemlje. Ovaj aspekt će vam omogućiti promatranje aktivnosti Mjeseca i Sunca.
- Na obje strane tablice možete vidjeti brojeve s plus i minus indikatorima. Ova analiza je važna za određivanje razine porasta ili pada vode, izračunate u metrima.
Svi ovi pokazatelji ne mogu jamčiti stopostotnu informaciju, jer nam sama priroda diktira parametre po kojima se događaju njezine strukturne promjene.
Utjecaj plime i oseke na okoliš i čovjeka
Mnogo je čimbenika koji utječu na plimu i oseku na ljudski život i okoliš. Među njima su otkrića fenomenalne prirode koja zahtijevaju pažljivo proučavanje.
Valovi ubojice: hipoteze i posljedice fenomena
Ovaj fenomen izaziva mnogo kontroverzi među ljudima koji vjeruju samo bezuvjetnim činjenicama. Činjenica je da se zalutali valovi ne uklapaju ni u jedan sustav nastanka ovog fenomena.
Proučavanje ovog objekta postalo je moguće uz pomoć satelita radarskog formata. Ovi su dizajni omogućili snimanje desetak valova ultra velike amplitude u razdoblju od nekoliko tjedana. Veličina takvog uspona vodenog bloka je oko 25 metara, što ukazuje na veličinu fenomena koji se proučava.
Ubojiti valovi izravno utječu na ljudski život, jer su tijekom proteklih desetljeća takve anomalije nosile ogromne brodove poput supertankera i kontejnerskih brodova u oceanske dubine. Priroda nastanka ovog zapanjujućeg paradoksa je nepoznata: divovski valovi nastaju trenutno i nestaju jednako brzo.
Postoji mnogo hipoteza o uzroku nastanka ovakvog hira prirode, no pojava vrtloga (pojedinačnih valova uslijed sudara dvaju solitona) moguća je intervencijom aktivnosti Sunca i Mjeseca. Ovo pitanje je još uvijek predmet rasprave među znanstvenicima specijaliziranim za ovu temu.
Utjecaj oseke i oseke na organizme koji obitavaju na Zemlji
Plima i oseka u oceanu i moru posebno utječu na život u moru. Ova pojava ima najveći pritisak na stanovnike priobalnih voda. Zbog ove promjene razine vode u zemlji razvijaju se organizmi koji vode sjedilački način života.
To uključuje mekušce, koji su se savršeno prilagodili fluktuacijama tekuće ljuske Zemlje. Kamenice na najvišim plimama počinju se aktivno razmnožavati, što ukazuje na to da povoljno reagiraju na takve promjene u strukturi vodenog elementa.
Ali ne reagiraju svi organizmi tako povoljno na vanjske promjene. Mnoge vrste živih bića pate od povremenih fluktuacija razine vode.
Iako priroda uzima svoj danak i koordinira promjene u ukupnoj ravnoteži planeta, biološke tvari prilagođavaju se uvjetima koje im predstavlja aktivnost Mjeseca i Sunca.
Utjecaj oseke i oseke na ljudski život
Ova pojava više utječe na opće stanje čovjeka nego Mjesečeve mijene, na koje ljudsko tijelo može biti imuno. Međutim, najviše oseke i tokovi utječu na proizvodne aktivnosti stanovnika našeg planeta. Nerealno je utjecati na strukturu i energiju plime i oseke mora, kao i oceanske sfere, jer njihova priroda ovisi o gravitaciji Sunca i Mjeseca.
U osnovi, ova ciklička pojava donosi samo razaranje i nevolje. Suvremene tehnologije omogućuju da se ovaj negativni čimbenik usmjeri u pozitivnom smjeru.
Primjer takvih inovativnih rješenja mogu poslužiti bazeni kao zamke za takve fluktuacije u ravnoteži vode. Moraju biti izgrađeni tako da budu isplativi i praktični.
Da biste to učinili, potrebno je stvoriti takve bazene prilično značajne veličine i volumena. Elektrane za zadržavanje učinka plimne sile zemljinih vodenih resursa su novi, ali prilično obećavajući posao.
Pogledajte video o oseci i oseci:
Proučavanje koncepta plime i oseke na Zemlji, njihov utjecaj na životni ciklus planeta, misterij podrijetla ubojitih valova - sve to ostaje glavna pitanja za znanstvenike specijalizirane za ovo područje. Rješenje ovih aspekata zanimljivo je i običnim ljudima koji su zainteresirani za probleme utjecaja stranih čimbenika na planet Zemlju.
Oseka i protok
plima I oseka- periodične vertikalne fluktuacije razine oceana ili mora, koje su rezultat promjena položaja Mjeseca i Sunca u odnosu na Zemlju, zajedno s učincima Zemljine rotacije i obilježjima ovog reljefa, a manifestiraju se u periodičnom horizontalna istiskivanje vodenih masa. Plima uzrokuje promjene u razini mora i povremena strujanja, poznata kao plimna strujanja, zbog čega je predviđanje plime važno za obalnu plovidbu.
Intenzitet ovih pojava ovisi o mnogim čimbenicima, ali najvažniji od njih je stupanj povezanosti vodenih tijela s oceanima. Što je spremnik zatvoreniji, to je manji stupanj manifestacije plimnih pojava.
Godišnji ponavljajući ciklus plime i oseke ostaje nepromijenjen zbog točne kompenzacije sila privlačenja između Sunca i središta mase planetarnog para i sila inercije primijenjenih na ovo središte.
Budući da se položaj Mjeseca i Sunca u odnosu na Zemlju povremeno mijenja, mijenja se i intenzitet nastalih pojava plime i oseke.
Oseka u Saint Malou
Priča
Plima i oseka imale su značajnu ulogu u opskrbi obalnog stanovništva plodovima mora, omogućujući da se hrana prikladna za hranu skuplja na otkrivenom morskom dnu.
Terminologija
Niska voda (Bretanja, Francuska)
Najveća razina vodene površine za vrijeme plime naziva se puna voda, a minimum za vrijeme oseke - niska voda. U oceanu, gdje je dno ravno, a kopno daleko, visoka voda očituje se kao dva "napuhavanja" vodene površine: jedno se nalazi na strani Mjeseca, a drugo na suprotnom kraju globusa. Također mogu postojati još dvije manje otekline na strani usmjerenoj prema Suncu, a nasuprot njemu. Objašnjenje ovog učinka može se pronaći u nastavku, u odjeljku fizika plime i oseke.
Budući da se Mjesec i Sunce pomiču u odnosu na Zemlju, vodene grbe se pomiču s njima i formiraju se plimni valovi I plimne struje. Na otvorenom moru plimne su struje rotacijske prirode, a uz obalu te u uskim zaljevima i tjesnacima povratne su.
Kad bi cijela Zemlja bila prekrivena vodom, primijetili bismo dvije redovite plime i oseke dnevno. No budući da nesmetano širenje plimnih valova sprječavaju kopnena područja: otoci i kontinenti, a također i zbog djelovanja Coriolisove sile na vodu koja se kreće, umjesto dvaju plimnih valova nastaju mnogi mali valovi koji polako (u većini slučajeva s period od 12 h 25.2 min ) trče oko točke tzv amfidromski, gdje je amplituda plime nula. Dominantna komponenta plime (lunarna plima M2) formira desetak amfidromskih točaka na površini Svjetskog oceana s valovima u smjeru kazaljke na satu i približno isto toliko u suprotnom smjeru (vidi kartu). Sve to onemogućuje predviđanje vremena plime samo na temelju položaja Mjeseca i Sunca u odnosu na Zemlju. Umjesto toga, koriste "godišnjak plime" - referentni alat za izračunavanje vremena početka plime i njihove visine na različitim točkama zemaljske kugle. Koriste se i tablice morskih mijena s podacima o trenucima i visinama niskih i visokih voda, izračunatih godinu dana unaprijed za glavne plimne luke.
Komponenta plime M2
Spojimo li točke na karti s istim fazama plime i oseke, dobivamo tzv kotidne linije zračeći iz amfidromske točke. Tipično, kotidalne linije karakteriziraju položaj vrha plimnog vala za svaki sat. Zapravo, kotidalne linije odražavaju brzinu širenja plimnog vala u 1 satu. Karte koje prikazuju linije jednakih amplituda i faza plimnih valova nazivaju se kotidalne kartice.
plima- razlika između najviše razine vode za vrijeme oseke (oseke) i njene najniže razine za vrijeme oseke (oseke). Visina plime je promjenjiva vrijednost, međutim, njezin prosječni pokazatelj daje se pri karakterizaciji svakog dijela obale.
Ovisno o relativnom položaju Mjeseca i Sunca, mali i veliki plimni valovi mogu se međusobno pojačavati. Za takve plime povijesno su se razvila posebna imena:
- Kvadraturna plima- najmanja plima, kada sile koje stvaraju plimu Mjeseca i Sunca djeluju pod pravim kutom jedna prema drugoj (ovaj položaj svjetiljki naziva se kvadratura).
- proljetna plima- najveća plima, kada sile koje stvaraju plimu Mjeseca i Sunca djeluju duž istog smjera (ovaj položaj svjetiljki naziva se sizigija).
Što je plima manja ili veća, to je oseka manja, odnosno veća.
Najviše plime na svijetu
Može se promatrati u zaljevu Fundy (15,6-18 m), koji se nalazi na istočnoj obali Kanade između New Brunswicka i Nove Škotske.
Na europskom kontinentu najveće plime (do 13,5 m) uočene su u Bretanji u blizini grada Saint Malo. Ovdje je plimni val fokusiran obalom poluotoka Cornwall (Engleska) i Cotentin (Francuska).
Fizika plime i oseke
Moderna formulacija
U odnosu na planet Zemlju, uzrok plime i oseke je prisutnost planeta u gravitacijskom polju koje stvaraju Sunce i Mjesec. Budući da su učinci koje stvaraju neovisni, utjecaj ovih nebeskih tijela na Zemlju može se promatrati zasebno. U tom slučaju za svaki par tijela možemo pretpostaviti da se svako od njih okreće oko zajedničkog težišta. Za par Zemlja-Sunce ovo se središte nalazi u dubinama Sunca na udaljenosti od 451 km od njegova središta. Za par Zemlja-Mjesec nalazi se duboko u Zemlji na udaljenosti od 2/3 njezina radijusa.
Svako od ovih tijela doživljava djelovanje plimnih sila, čiji je izvor gravitacijska sila i unutarnje sile koje osiguravaju cjelovitost nebeskog tijela, u čijoj je ulozi sila vlastitog privlačenja, u daljnjem tekstu samo- gravitacija. Nastanak plimnih sila najjasnije se vidi na primjeru sustava Zemlja-Sunce.
Plimna sila rezultat je međusobnog djelovanja gravitacijske sile usmjerene prema težištu i opadajuće obrnuto s kvadratom udaljenosti od njega, te fiktivne centrifugalne sile tromosti zbog rotacije nebeskog tijela oko tog središta. . Ove sile, budući da su suprotnog smjera, podudaraju se u veličini samo u središtu mase svakog od nebeskih tijela. Zbog djelovanja unutarnjih sila Zemlja se kao cjelina okreće oko središta Sunca konstantnom kutnom brzinom za svaki element svoje mase. Stoga, kako se ovaj element mase udaljava od težišta, centrifugalna sila koja djeluje na njega raste proporcionalno kvadratu udaljenosti. Detaljnija raspodjela plimnih sila u njihovoj projekciji na ravninu okomitu na ravninu ekliptike prikazana je na sl.1.
Slika 1. Shema raspodjele plimnih sila u projekciji na ravninu okomitu na ekliptiku. Tijelo koje gravitira nalazi se ili desno ili lijevo.
Reprodukcija promjena u obliku tijela podvrgnutih njihovom djelovanju, postignuta kao rezultat djelovanja plimnih sila, može se, u skladu s Newtonovom paradigmom, postići samo ako su te sile potpuno kompenzirane drugim silama, koje mogu uključuju silu univerzalne gravitacije.
Sl.2 Deformacija Zemljine vodene ljuske kao rezultat ravnoteže plimne sile, sile vlastite gravitacije i sile reakcije vode na tlačnu silu
Kao rezultat zbrajanja ovih sila, plimne sile nastaju simetrično na obje strane kugle, usmjerene u različitim smjerovima od nje. Plimna sila usmjerena prema Suncu je gravitacijske prirode, dok je ona usmjerena od Sunca posljedica fiktivne inercijske sile.
Te su sile izrazito slabe i ne mogu se usporediti sa silama vlastite gravitacije (akceleracija koju stvaraju je 10 milijuna puta manja od akceleracije slobodnog pada). Međutim, oni uzrokuju pomicanje čestica vode u oceanima (otpor smicanju u vodi pri malim brzinama je praktički ravan nuli, dok je kompresija izrazito velika), sve dok tangenta na površinu vode ne postane okomita na rezultirajuću silu.
Kao rezultat toga, na površini Svjetskog oceana nastaje val koji zauzima stalni položaj u sustavima međusobno gravitirajućih tijela, ali teče površinom oceana zajedno s dnevnim kretanjem njegova dna i obala. Stoga (zanemarujući oceanske struje), svaka čestica vode napravi oscilatorno kretanje gore-dolje dva puta tijekom dana.
Horizontalno kretanje vode primjećuje se samo u blizini obale kao rezultat porasta njezine razine. Brzina kretanja je to veća što je morsko dno položenije.
Plimni potencijal
(koncept akad. Šulejkin)
Zanemarujući veličinu, strukturu i oblik Mjeseca, zapisujemo specifičnu silu privlačenja pokusnog tijela koje se nalazi na Zemlji. Neka je radijus vektor usmjeren od ispitnog tijela prema Mjesecu, neka bude duljina ovog vektora. U ovom slučaju, sila privlačenja ovog tijela od strane Mjeseca bit će jednaka
gdje je selenometrijska gravitacijska konstanta. Ispitno tijelo postavljamo u točku . Privlačna sila pokusnog tijela postavljenog u središte mase Zemlje bit će jednaka
Ovdje se i podrazumijevaju radijus vektor koji povezuje središta mase Zemlje i Mjeseca i njihove apsolutne vrijednosti. Plimnom silom ćemo nazvati razliku između ove dvije gravitacijske sile
U formulama (1) i (2) Mjesec se smatra loptom sa sferno simetričnom raspodjelom mase. Funkcija sile privlačenja pokusnog tijela od strane Mjeseca ne razlikuje se od funkcije sile privlačenja lopte i jednaka je Druga sila djeluje na središte mase Zemlje i strogo je konstantna vrijednost. Da bismo dobili funkciju sile za tu silu, uvodimo vremenski koordinatni sustav. Os povučemo iz središta Zemlje i usmjerimo je prema Mjesecu. Smjerove druge dvije osi ostavljamo proizvoljnim. Tada će funkcija sile sile biti jednaka . Plimni potencijal bit će jednaka razlici ove dvije funkcije sila. Označimo to, dobit ćemo Konstantu koju ćemo definirati iz uvjeta normalizacije prema kojem je plimni potencijal u središtu Zemlje jednak nuli. U središtu Zemlje slijedi da . Stoga dobivamo konačnu formulu za plimni potencijal u obliku (4)
Jer
Za male vrijednosti , , posljednji izraz može se predstaviti u sljedećem obliku
Zamjenom (5) u (4) dobivamo
Deformacija površine planeta pod utjecajem oseka i tokova
Uznemirujući učinak plimnog potencijala deformira ravnu površinu planeta. Procijenimo ovaj učinak pod pretpostavkom da je Zemlja kugla sa sferno simetričnom raspodjelom mase. Neporemećeni gravitacijski potencijal Zemlje na površini bit će jednak . Za točku. , koji se nalazi na udaljenosti od središta sfere, gravitacijski potencijal Zemlje je . Smanjujući za gravitacijsku konstantu, dobivamo . Ovdje su varijable i . Označimo grčkim slovom omjer masa gravitirajućeg tijela i mase planeta i riješimo dobiveni izraz za :
Budući da s istim stupnjem točnosti dobivamo
S obzirom na malenost omjera, posljednji se izrazi mogu napisati kao
Tako smo dobili jednadžbu dvoosnog elipsoida u kojem se os rotacije poklapa s osi, tj. s ravnom linijom koja povezuje gravitirajuće tijelo sa središtem Zemlje. Poluosi ovog elipsoida su očito jednake
Na kraju dajemo malu numeričku ilustraciju ovog učinka. Izračunajmo plimnu "grbu" na Zemlji, uzrokovanu privlačenjem Mjeseca. Polumjer Zemlje je km, udaljenost između središta Zemlje i Mjeseca, uzimajući u obzir nestabilnost mjesečeve orbite, je km, omjer mase Zemlje i mase Mjeseca je 81: 1. Očito, pri zamjeni u formulu dobivamo vrijednost približno jednaku 36 cm.
vidi također
Bilješke
Književnost
- Frish S. A. i Timoreva A. V. Kolegij opće fizike, udžbenik za fizikalno-matematičke i fizikalno-tehničke odjele državnih sveučilišta, svezak I. M.: GITTL, 1957.
- Shchuleykin V.V. Fizika mora. M.: Izdavačka kuća "Nauka", Odjel za znanosti o Zemlji Akademije znanosti SSSR-a 1967.
- Voight S.S.Što su plime i oseke. Uredništvo popularne znanstvene književnosti Akademije znanosti SSSR-a
Linkovi
Što je oseka i oseka
Na mnogim morskim obalama može se primijetiti kako razina vode ravnomjerno opada u pravilnim razmacima i ostaje samo viskozno tlo. Taj se proces naziva refluks. Međutim, nakon nekoliko sati vodostaj ponovno raste i tlo na obali ponovno je prekriveno vodom. Taj se proces naziva plima. Vodostaj se redovito mijenja dva puta dnevno.
Kad plime prijeđu u oseku
Plima i oseka redovito se smjenjuju: nakon oseke slijedi oseka, a nakon nje slijedi oseka. Najviša razina vode u moru ili oceanu za vrijeme plime naziva se visoka voda, a najniža za vrijeme oseke niska voda. Ciklus "plima - oseka - oseka - plima - plima" traje 12 sati i 25 minuta. To znači da se oseka i oseka mogu promatrati dva puta dnevno.
Kako se događaju oseke i oseke
Mjesečeva gravitacijska sila uzrokuje stvaranje prve plimne grebene u moru na strani Zemlje okrenutoj prema njoj. Zbog zakona fizike povezanih s rotacijom Zemlje i pojavom centrifugalne sile, na suprotnoj strani Zemlje formira se drugi plimni vrh, još snažniji od prvog. Stoga ovdje razina vode raste.
Između ova dva grebena, tone, a plima je vani! A Sunce snagom svoje privlačnosti utječe na Zemlju, kao i na oseke i oseke. Ali sila udara Sunca mnogo je manja od Mjesečeve, iako je masa Sunca 30 milijuna puta veća od mase Mjeseca. Razlog tome leži u činjenici da je Sunce 390 puta dalje od Zemlje nego Mjesec od Zemlje.
Prva plimna hidroelektrana
Zahvaljujući plimi i oseci, odnosno dizanju i spuštanju razine mora, stvara se mnogo energije. Može se koristiti za proizvodnju električne energije. Prva i trenutno najveća plimna hidroelektrana na svijetu izgrađena je u estuariju (uskom zaljevu ušća) rijeke Rane (Saint-Malo, Francuska) i puštena je u rad 1966. godine. Tamo je razlika između oseke i oseke vrlo velika (amplituda 8,5 metara).
Koji drugi čimbenici utječu na plimu i oseku
Osim sila gravitacije, kozmičkih tijela, Mjeseca i Sunca, drugi čimbenici utječu na plimu i oseku: rotacija Zemlje usporava plimu, obale ne dopuštaju porast vode. Osim toga, plime i oseke pogoduju jake bure, u kojima je otežano otjecanje morske vode s obale. Stoga je njegova razina na takvim mjestima mnogo viša nego tijekom normalne plime. Na plimu i oseku utječe i jačina vjetra: ako puše s obale, razina vode pada znatno ispod normale.
Jesu li oseke i oseke uvijek vidljive?
Kažu da u nekim morima, na primjer, u Sredozemnom ili Baltičkom moru, nema oseka i tokova. Naravno, to nije tako, jer ih ima u svim morima. Međutim, u Sredozemnom i Baltičkom moru razlika između visoke i niske vode (amplituda plime i oseke) toliko je beznačajna da je praktički neprimjetna. U Sjevernom moru, naprotiv, oseke i tokovi se vrlo jasno razlikuju.
Plimni valovi nastaju u oceanima i kreću se u rubna mora. Ako je rubno more povezano s oceanom samo uskim tjesnacem, kao npr. Sredozemno more, plimni valovi ga ili ne dopiru ili su vrlo oslabljeni. Sjeverno more je širokim tjesnacem povezano s Atlantskim oceanom, pa plimni valovi lako dopiru do obale i plima je na ovom mjestu jasno vidljiva.
Što je proljetna plima
Posebno jake plime i oseke mogu se promatrati 14 dana, kada su Mjesec i Sunce za vrijeme punog Mjeseca i mladog Mjeseca (syzygy) u liniji sa Zemljom. U to vrijeme, sile koje stvaraju plimu obaju nebeskih tijela, koje djeluju u istom smjeru, zbrajaju se i povećavaju plimu. Počinje takozvana proljetna plima, kada puna voda najviše poraste. U skladu s tim, za vrijeme oseke voda pada na najnižu razinu.
Kolika je amplituda oseke i oseke
Razlika između oseke i oseke kod oseke i oseke naziva se amplituda. Istodobno, sile privlačenja Sunca i Mjeseca igraju svoju ulogu: kada se međusobno pojačavaju, amplituda se povećava (sizigijska plima), a kada sile privlačenja oslabe, amplituda se, naprotiv, smanjuje ( kvadraturna plima). Na otvorenom moru amplituda plime ne prelazi 50 centimetara. Na obalama je, naprotiv, puno veća.
Dakle, na obali Sjevernog mora Njemačke, na primjer, iznosi 2-3 metra, na engleskoj obali Sjevernog mora - do 8 metara, au zaljevu Saint-Malo (Francuska) u Engleski kanal - doseže 11 metara. To se može objasniti činjenicom da u plitkim vodama plimni valovi, kao i svi drugi, gube brzinu i usporavaju se, zbog čega se razina vode podiže.
Što je kvadraturna plima
Sedam dana nakon punog Mjeseca i mladog Mjeseca Sunce, Zemlja i Mjesec više nisu u pravoj liniji. Kada plimne sile Mjeseca i Sunca međusobno djeluju pod pravim kutom jedna na drugu, počinje kvadraturna plima: visoka voda lagano raste, a razina niske vode praktički ne pada.
Što su plimne struje
Plima ne uzrokuje samo porast i pad razine vode. Dok se more diže i spušta, voda se kreće naprijed-natrag. Na otvorenom moru to se jedva primjećuje, ali u tjesnacima i zaljevima, gdje je kretanje vode ograničeno, mogu se primijetiti plimne i osečne struje. U prvom slučaju (plimna struja) usmjerena je prema obali, u drugom (oseka) usmjerena je u suprotnom smjeru. Promjenu plimnih struja stručnjaci obično nazivaju zaokretom. U trenutku okretanja voda je u mirnom stanju, a ova pojava se naziva "mrtva točka" plime.
Gdje se uočavaju najveće amplitude oseka i tokova?
U zaljevu Fundy na istočnoj obali Kanade možete promatrati najveće amplitude plime na našem planetu. To znači da je razlika između visoke i niske vode za vrijeme plime i oseke ovdje najveća. Za vrijeme proljetne plime doseže 21 metar. U prošlosti su ribari postavljali mreže za vrijeme oseke i lovili iz njih za vrijeme oseke: neobičan način ribolova!
Kako nastaje olujni val?
Olujna plima je plima kada se voda posebno visoko kotrlja na obali. Nastaje zbog jakih vjetrova koji pušu prema kopnu i dolaze zajedno s proljetnom plimom. Podsjetimo: tijekom njega velika voda raste posebno visoko, a mala voda pada posebno nisko. To se događa u razdobljima punog i mladog mjeseca.
Snaga vjetrova i njihovo trajanje dovode do pojave olujne plime, kada se voda digne više od metar iznad središnje točke plime. Postoji jaka olujna plima, u kojoj se voda diže 2,5 metra, i super-jaka - kada se voda diže više od 3 metra.
Koliko brzo mogu doseći plimne struje
U dubinama oceana plimne struje dosežu brzinu od oko kilometra na sat. U uskim tjesnacima može se kretati od 15 do 20 kilometara na sat.
Nastavimo razgovor o silama koje djeluju na nebeska tijela i efektima koje to uzrokuje. Danas ću govoriti o plimi i oseci i negravitacijskim poremećajima.
Što to znači - "negravitacijske perturbacije"? Perturbacije se obično nazivaju male korekcije velike, glavne sile. To jest, govorit ćemo o nekim silama, čiji je utjecaj na objekt mnogo manji od gravitacije
Koje još sile postoje u prirodi osim gravitacije? Ostavimo po strani jake i slabe nuklearne interakcije, one su lokalnog karaktera (djeluju na izrazito malim udaljenostima). Ali elektromagnetizam je, kao što znate, mnogo jači od gravitacije i proteže se jednako daleko - beskonačno. Ali kako su električni naboji suprotnih predznaka obično uravnoteženi, a gravitacijski “naboj” (koji igra masa) je uvijek istog predznaka, onda kod dovoljno velikih masa, naravno, gravitacija dolazi do izražaja. Dakle, u stvarnosti ćemo govoriti o poremećajima u kretanju nebeskih tijela pod utjecajem elektromagnetskog polja. Nema više mogućnosti, iako još uvijek postoji tamna energija, ali o tome kasnije, kada ćemo o kozmologiji.
Kao što sam vam već rekao, Newtonov jednostavan zakon gravitacije F = G∙M∙m/R² je vrlo pogodan za korištenje u astronomiji, jer je većina tijela blizu sfernog oblika i dovoljno udaljena jedno od drugog, tako da se u proračunu mogu zamijeniti točkama - točkastim objektima koji sadrže svu njihovu masu. Ali tijelo konačne veličine, usporedivo s udaljenosti između susjednih tijela, ipak doživljava različit utjecaj sile u svojim različitim dijelovima, jer su ti dijelovi različito udaljeni od izvora gravitacije, i to se mora uzeti u obzir.
Privlačnost spljošti i razdire
Da bismo osjetili učinak plime i oseke, napravimo misaoni eksperiment popularan među fizičarima: zamislite sebe u dizalu koje slobodno pada. Presječemo uže koje drži kabinu i počnemo padati. Dok ne padnemo, možemo gledati što se događa oko nas. Vješamo slobodne mase i promatramo kako se ponašaju. Prvo, padaju sinkrono, a mi kažemo da je to bestežinsko stanje, jer svi objekti u ovoj kabini i ona sama osjećaju približno istu akceleraciju slobodnog pada.
Ali s vremenom će naše materijalne točke početi mijenjati svoju konfiguraciju. Zašto? Budući da je donja na početku bila malo bliže centru privlačenja od gornje, pa donja, privučena jače, počinje nadmašivati gornju. I bočne točke ostaju uvijek na istoj udaljenosti od težišta, ali kako mu se približavaju, počinju se približavati jedna drugoj, jer jednaka ubrzanja nisu paralelna. Kao rezultat toga, sustav nepovezanih objekata je deformiran. To se naziva plimni učinak.
Sa stajališta promatrača koji je oko sebe razbacao zrnca i promatra kako se pojedina zrnca kreću dok cijeli ovaj sustav pada na masivni objekt, može se uvesti nešto poput polja plimnih sila. Definirajmo te sile u svakoj točki kao vektorsku razliku između gravitacijske akceleracije u toj točki i akceleracije promatrača ili središta mase, a ako uzmemo samo prvi član proširenja u Taylorovom nizu u smislu relativnog udaljenosti, tada dobivamo simetričnu sliku: najbliža zrna će biti ispred promatrača, dalja će zaostajati za njim, tj. sustav će biti razvučen po osi usmjerenoj na gravitirajući objekt, a po pravcima okomitim na njega čestice će biti pritisnute na promatrača.
Što mislite da će se dogoditi kada planet bude uvučen u crnu rupu? Oni koji nisu slušali predavanja iz astronomije obično misle da će crna rupa otkidati materiju samo s površine okrenute prema sebi. Ne znaju da se gotovo jednako jak učinak događa i na naličju tijela koje slobodno pada. Oni. kida se u dva dijametralno suprotna smjera, nipošto u jednom.
Opasnosti svemira
Da pokažemo koliko je važno uzeti u obzir učinak plime i oseke, uzmimo Međunarodnu svemirsku postaju. Ona, kao i svi sateliti Zemlje, slobodno pada u gravitacijskom polju (ako motori nisu uključeni). A polje plimnih sila oko nje je sasvim opipljiva stvar, pa kad astronaut radi na vanjskoj strani stanice, sigurno će se vezati za nju, i to u pravilu s dva kabla - za svaki slučaj, nikad se ne zna što se može dogoditi. A ako se nađe nevezan u onim uvjetima u kojima ga plimne sile odvlače od središta postaje, lako može izgubiti kontakt s njom. To se često događa s alatima, jer ih ne možete sve vezati. Ako je nešto ispalo iz ruku astronauta, onda ovaj objekt odlazi u daljinu i postaje neovisni satelit Zemlje.
Plan rada na ISS-u uključuje testiranje u otvorenom svemiru pojedinačnog jetpacka. A kad mu motor otkaže, plimne sile odnesu astronauta i izgubimo ga. Imena nestalih su klasificirana.
Ovo je, naravno, šala: takav se incident još nije dogodio, na sreću. Ali ovo bi se vrlo lako moglo dogoditi! A možda jednog dana i hoće.
oceanski planet
Vratimo se na Zemlju. Ovo je za nas najzanimljiviji objekt, a plimne sile koje djeluju na njega osjećaju se prilično zamjetno. S kojih nebeskih tijela djeluju? Glavni je Mjesec, jer je blizu. Sljedeći najveći udar je Sunce jer je masivno. Ostali planeti također imaju određeni utjecaj na Zemlju, ali jedva primjetan.
Za analizu vanjskog gravitacijskog utjecaja na Zemlju, ona se obično predstavlja kao čvrsta lopta prekrivena tekućim omotačem. Ovo nije loš model, jer naš planet ima mobilni omotač u obliku oceana i atmosfere, a sve ostalo je prilično čvrsto. Iako Zemljina kora i unutarnji slojevi imaju ograničenu krutost i mali utjecaj plime i oseke, njihova se elastična deformacija može zanemariti u izračunima učinka na ocean.
Povučemo li vektore plimnih sila u sustavu središta mase Zemlje, dobit ćemo sljedeću sliku: polje plimnih sila vuče ocean duž osi Zemlja-Mjesec, te ga pritišće u središte Zemlje. Zemlja u ravnini okomitoj na nju. Dakle, planet (u svakom slučaju, njegova pomična ljuska) nastoji poprimiti oblik elipsoida. U ovom slučaju pojavljuju se dvije izbočine (nazivaju se plimne grbe) na suprotnim stranama globusa: jedna je okrenuta prema Mjesecu, druga je udaljena od Mjeseca, au traci između njih pojavljuje se "izbočina" ( točnije, tamošnja površina oceana ima manju zakrivljenost).
Još zanimljivija stvar se događa između, gdje vektor plimne sile pokušava pomaknuti tekući omotač duž Zemljine površine. I to je prirodno: ako na jednom mjestu želite podići more, a na drugom mjestu - spustiti, tada morate premjestiti vodu odande ovamo. A između njih, plimne sile tjeraju vodu do "sublunarne točke" i do "antimalunarne točke".
Vrlo je lako kvantificirati plimni učinak. Zemljina gravitacija pokušava učiniti ocean sferičnim, a plimni dio lunarnog i sunčevog utjecaja pokušava ga razvući duž osi. Kada bi Zemlju ostavili na miru i dali joj priliku da slobodno padne na Mjesec, tada bi visina izbočine dosegla oko pola metra, tj. samo 50 cm ocean se diže iznad svoje prosječne razine. Ako plovite parobrodom po otvorenom moru ili oceanu, pola metra se ne primijeti. To se zove statička plima.
Gotovo na svakom ispitu naiđem na studenta koji samouvjereno tvrdi da se plima javlja samo na jednoj strani Zemlje – na onoj koja je okrenuta prema Mjesecu. U pravilu, to je ono što djevojka kaže. Ali događa se, iako rjeđe, da čak i mladići griješe u ovom pitanju. U isto vrijeme, općenito, poznavanje astronomije kod djevojčica je dublje. Bilo bi zanimljivo otkriti razlog ove asimetrije "plime i roda".Ali da bi se stvorila izbočina od pola metra na sublunarnoj točki, ovdje se mora destilirati velika količina vode. Ali površina Zemlje ne ostaje nepomična, ona se brzo okreće u odnosu na smjer Mjeseca i Sunca, čineći potpuni krug dnevno (a Mjesec se polako kreće po orbiti - jedan krug oko Zemlje u gotovo mjesec dana ). Dakle, plimna grba stalno prolazi preko površine oceana, tako da je čvrsta površina Zemlje 2 puta dnevno ispod plimne izbočine i 2 puta ispod oseke koja spušta razinu oceana. Procjena: 40 tisuća kilometara (duljina Zemljinog ekvatora) dnevno, to je 463 metra u sekundi. To znači da taj val od pola metra, poput mini-tsunamija, nadzvučnom brzinom nalijeće na istočne obale kontinenata u blizini ekvatora. Na našim geografskim širinama brzina doseže 250-300 m / s - također dosta: iako val nije jako visok, zbog inercije može stvoriti odličan učinak.
Drugi objekt po razmjeru utjecaja na Zemlju je Sunce. On je 400 puta dalje od nas od Mjeseca, ali je 27 milijuna puta masivniji. Stoga su učinci od Mjeseca i od Sunca usporedivi po veličini, iako Mjesec ipak djeluje nešto jače: gravitacijski plimni učinak od Sunca otprilike je upola slabiji nego od Mjeseca. Ponekad se njihov utjecaj zbraja: to se događa za mladog mjeseca, kada Mjesec prolazi kroz pozadinu Sunca, i za punog Mjeseca, kada je Mjesec na suprotnoj strani od Sunca. Ovih dana - kada se Zemlja, Mjesec i Sunce poravnaju, što se događa svaka dva tjedna - ukupni učinak plime je jedan i pol puta veći nego samo od Mjeseca. Tjedan dana kasnije, Mjesec prijeđe četvrtinu svoje orbite i nađe se u kvadraturi sa Suncem (pravi kut između smjerova na njima), a tada njihov utjecaj međusobno slabi. U prosjeku, visina plime na otvorenom moru varira od četvrt metra do 75 centimetara.
Plima i oseka pomorcima su odavno poznate. Što kapetan radi kad se brod nasuka? Ako ste čitali morske avanturističke romane, onda znate da on odmah gleda u kojoj je fazi mjesec i čeka sljedeći pun mjesec ili mlađak. Tada najveća plima može podići brod i ponovno isplivati.
Obalna pitanja i obilježja
Plima i oseka posebno su važne za lučke radnike i mornare koji će svoj brod uvesti ili isploviti iz luke. U pravilu se problem plitke vode javlja u blizini obale, a kako ona ne bi smetala kretanju brodova, za ulazak u zaljev probijaju se podvodni kanali - umjetni plovni putovi. Njihova dubina treba uzeti u obzir visinu maksimalne oseke.
Ako pogledamo visinu plime u nekom trenutku u vremenu i nacrtamo linije jednake visine vode na karti, tada ćemo dobiti koncentrične kružnice sa središtem u dvije točke (sublunarna i antilunarna) u kojima je plima maksimalna. Kada bi se orbitalna ravnina Mjeseca poklapala s ravninom zemljinog ekvatora, tada bi se te točke uvijek kretale po ekvatoru i napravile potpunu revoluciju u jednom danu (točnije, u 24ʰ 50ᵐ 28ˢ). Međutim, Mjesec ne hoda u ovoj ravnini, već u blizini ravnine ekliptike, u odnosu na koju je ekvator nagnut za 23,5 stupnjeva. Prema tome, sublunarna točka "šeta" i po geografskoj širini. Tako se u istoj luci (odnosno na istoj geografskoj širini) visina maksimalne plime, koja se ponavlja svakih 12,5 sati, mijenja tijekom dana ovisno o orijentaciji Mjeseca u odnosu na Zemljin ekvator.
Ova "sitnica" važna je za teoriju plime i oseke. Pogledajmo ponovno: Zemlja se okreće oko svoje osi, a ravnina mjesečeve orbite je nagnuta prema njoj. Stoga svaka morska luka tijekom dana "trči" oko Zemljinog pola, jednom pada u područje najveće plime, a nakon 12,5 sati - ponovno u područje plime, ali manje visoke. Oni. dvije visoke plime tijekom dana nisu jednake visine. Jedna je uvijek veća od druge, jer ravnina mjesečeve orbite ne leži u ravnini zemljinog ekvatora.
Za stanovnike obale, učinak plime i oseke je od vitalnog značaja. Na primjer, u Francuskoj postoji, koji je povezan s kopnom asfaltnom cestom položenom duž dna tjesnaca. Mnogo ljudi živi na otoku, ali ne mogu ići ovom cestom dok je razina mora visoka. Ovom cestom se može voziti samo dva puta dnevno. Ljudi se voze i čekaju da se plima spusti kada razina vode padne i cesta postane dostupna. Ljudi putuju na posao i s posla na obali koristeći posebnu tablicu plime i oseke koja se objavljuje za svako mjesto na obali. Ako se ova pojava ne uzme u obzir, voda na putu može preplaviti pješaka. Turisti samo dođu tamo i šetaju da gledaju dno mora kad nema vode. U isto vrijeme lokalni stanovnici skupljaju nešto s dna, ponekad čak i za hranu, tj. zapravo, ovaj učinak hrani ljude.
Život je izašao iz oceana zahvaljujući plimama i osekama. Neke su obalne životinje zbog oseke završile na pijesku te su bile prisiljene naučiti udisati kisik izravno iz atmosfere. Da nije bilo Mjeseca, život možda ne bi tako aktivno izlazio iz oceana, jer je tamo dobro u svakom pogledu - termostatirano okruženje, bestežinsko stanje. Ali ako ste iznenada pristali na obalu, onda ste morali nekako preživjeti.
Obala, osobito ako je ravna, za oseke je jako ogoljena. I neko vrijeme ljudi gube mogućnost korištenja svojih plovila, bespomoćno ležeći poput kitova na obali. Ali u tome ima nešto korisno, jer se oseka može iskoristiti za popravak brodova, posebno u nekom zaljevu: brodovi su plovili, zatim je voda otišla i mogu se popraviti u ovo vrijeme.
Na primjer, postoji takav Bay of Fundy na istočnoj obali Kanade, za koji kažu da ima najviše plime na svijetu: razlika u razini vode može doseći 16 metara, što se smatra rekordom za morsku plimu na Zemlji. Mornari su se prilagodili ovom svojstvu: za vrijeme plime dovezu brod do obale, ojačaju ga, a kada voda ode, brod visi, a dno se može zalijepiti.
Od davnina su ljudi počeli pratiti i redovito bilježiti trenutke i karakteristike plime kako bi naučili predvidjeti ovu pojavu. ubrzo izumio mareograf- uređaj u kojem se plovak pomiče gore-dolje ovisno o razini mora, a očitanja se automatski iscrtavaju na papiru u obliku grafikona. Inače, sredstva mjerenja nisu se mnogo promijenila od trenutka prvih opažanja do danas.
Na temelju velikog broja hidrografskih zapisa matematičari pokušavaju stvoriti teoriju plime i oseke. Ako imate dugoročni zapis periodičkog procesa, možete ga rastaviti na elementarne harmonike - sinusoide različitih amplituda s više perioda. A zatim, nakon određivanja parametara harmonika, produžite totalnu krivulju u budućnost i na temelju toga izradite tablice plime i oseke. Sada se takve tablice objavljuju za svaku luku na Zemlji, a svaki kapetan koji se sprema uploviti u luku uzima tablicu za sebe i vidi kada ima dovoljan vodostaj za njegov brod.
Najpoznatija priča vezana uz prognostičke proračune dogodila se tijekom Drugog svjetskog rata: 1944. naši saveznici - Britanci i Amerikanci - namjeravali su otvoriti drugu frontu protiv nacističke Njemačke, za to je bilo potrebno iskrcati se na francuskoj obali. Sjeverna obala Francuske vrlo je neugodna u tom smislu: obala je strma, visoka 25-30 metara, a dno oceana je prilično plitko, tako da se brodovi mogu približiti obali samo u vrijeme najvećih plima. Kad bi se nasukali, jednostavno bi ih gađali iz topova. Kako bi se to izbjeglo, stvoreno je posebno mehaničko (elektronički još nije bilo) računalo. Izvršila je Fourierovu analizu vremenskih nizova razine mora pomoću bubnjeva koji su rotirali različitim brzinama, kroz koje je prolazio metalni kabel, koji je sažimao sve članove Fourierovog niza, a pero spojeno na kabel ispisivalo je dijagram visine plime i oseke u odnosu na vrijeme. Bio je to strogo tajni rad koji je uvelike unaprijedio teoriju plime i oseke, jer je bilo moguće s dovoljnom točnošću predvidjeti trenutak najveće plime, zbog koje su teški vojni transportni brodovi preplivali La Manche i iskrcali trupe na obalu. Tako su matematičari i geofizičari spasili živote mnogih ljudi.
Neki matematičari pokušavaju generalizirati podatke na planetarnoj razini, pokušavajući stvoriti jedinstvenu teoriju plime i oseke, ali teško je usporediti zapise napravljene na različitim mjestima, jer je Zemlja vrlo nepravilna. Samo u nultoj aproksimaciji jedan ocean prekriva cijelu površinu planeta, ali zapravo postoje kontinenti i nekoliko labavo povezanih oceana, a svaki ocean ima svoju frekvenciju prirodnih oscilacija.
Prethodne rasprave o fluktuacijama razine mora pod djelovanjem Mjeseca i Sunca odnosile su se na otvorena oceanska prostranstva, gdje plimno ubrzanje uvelike varira od jedne obale do druge. A u lokalnim vodnim tijelima - na primjer, jezerima - može li plima stvoriti zamjetan učinak?
Čini se da ne bi trebalo biti, jer je na svim točkama jezera plimno ubrzanje približno isto, razlika je mala. Na primjer, u središtu Europe postoji Ženevsko jezero, dugo je samo oko 70 km i nema nikakve veze s oceanima, ali ljudi su odavno primijetili da postoje značajna dnevna kolebanja vode. Zašto nastaju?
Da, plimna sila je izuzetno mala. Ali glavno je da je redovito, tj. djeluje periodično. Svi fizičari znaju za učinak koji pod periodičkim djelovanjem sile ponekad uzrokuje povećanu amplitudu oscilacija. Na primjer, uzmete zdjelu juhe u blagovaonici za distribuciju i. To znači da je frekvencija vaših koraka u rezonanciji s prirodnim vibracijama tekućine u ploči. Primijetivši to, naglo promijenimo tempo hodanja – i juha se “smiri”. Svaka vodena masa ima svoju osnovnu rezonantnu frekvenciju. A što je rezervoar veći, to je niža frekvencija prirodnih oscilacija tekućine u njemu. Dakle, u blizini Ženevskog jezera pokazalo se da je njegova vlastita rezonantna frekvencija višestruka frekvencija plime i oseke, a mali utjecaj plime i oseke "zamagljuje" Ženevsko jezero tako da se razina prilično primjetno mijenja na njegovim obalama. Ovi dugotrajni stojni valovi koji se javljaju u zatvorenim vodenim tijelima nazivaju se seiches.
Energija plime i oseke
Danas se jedan od alternativnih izvora energije pokušava povezati s plimnim efektom. Kao što sam rekao, glavni učinak plime i oseke nije da voda raste i opada. Glavni učinak je plimna struja koja u jednom danu destilira vodu oko cijelog planeta.
Na plitkim mjestima ovaj učinak je vrlo važan. Na području Novog Zelanda kapetani čak i ne riskiraju vođenje brodova kroz neke tjesnace. Tuda jedrilice uopće nisu mogle prolaziti, a moderni brodovi teško prolaze jer je dno plitko, a plimne struje imaju golemu brzinu.
Ali budući da voda teče, ta se kinetička energija može iskoristiti. A već su izgrađene elektrane u kojima se turbine vrte naprijed-natrag zbog plime i oseke. Dosta su funkcionalni. Prva elektrana na plimu (TE) napravljena je u Francuskoj, i danas je najveća na svijetu, snage 240 MW. U usporedbi s hidroelektranom, nije tako vruće, naravno, ali služi najbližim ruralnim područjima.
Što je bliže polu, to je brzina plimnog vala manja, pa u Rusiji nema obala koje bi imale vrlo snažne plime. Općenito, imamo malo izlaza na more, a obala Arktičkog oceana nije osobito isplativa za korištenje energije plime i oseke, i zato što plima tjera vodu od istoka prema zapadu. Ali ipak postoje mjesta pogodna za PES, na primjer, zaljev Kislaya.
Činjenica je da u zaljevima plima uvijek stvara veći učinak: val naleti, juri u zaljev, a on se sužava, sužava - a amplituda se povećava. Sličan se proces događa kao kod pucnja biča: isprva dugi val polako putuje duž biča, ali zatim se masa dijela biča koji je uključen u gibanje smanjuje, pa se povećava brzina (moment mv ustraje!) i doseže nadzvučno prema uskom kraju, uslijed čega čujemo klik.
Stvaranjem eksperimentalne Kislogubskaya TE malog kapaciteta, energetičari su pokušali shvatiti koliko je učinkovito moguće koristiti plimu i oseku na cirkumpolarnim geografskim širinama za proizvodnju električne energije. Nema posebnog ekonomskog značenja. Međutim, sada postoji projekt vrlo moćne ruske TE (Mezenskaya) - za 8 gigavata. Da bi se postigla ta kolosalna moć, potrebno je pregraditi veliki zaljev, koji bi branom odvojio Bijelo more od Barentsova mora. Istina, vrlo je dvojbeno da će se to učiniti sve dok imamo nafte i plina.
Prošlost i budućnost plime i oseke
Usput, odakle dolazi energija plime i oseke? Turbina se vrti, električna energija se stvara, a koji objekt pritom gubi energiju?
Budući da je energija plime rotacija Zemlje, budući da iz nje crpimo, znači da se rotacija mora usporiti. Čini se da Zemlja ima unutarnje izvore energije (toplina iz crijeva dolazi zbog geokemijskih procesa i raspada radioaktivnih elemenata), postoji nešto što može nadoknaditi gubitak kinetičke energije. To je točno, ali protok energije, šireći se u prosjeku gotovo ravnomjerno u svim smjerovima, teško može značajno utjecati na kutnu količinu gibanja i promijeniti rotaciju.
Da se Zemlja ne okreće, plimne grbe izgledale bi točno u smjeru Mjeseca, a suprotno od njega. Ali, rotirajući, tijelo Zemlje ih nosi naprijed u smjeru svoje rotacije - i postoji konstantna razlika između plimnog vrha i sublunarne točke od 3-4 stupnja. Čemu to vodi? Grba, koja je bliža mjesecu, jače ga privlači. Ova gravitacijska sila nastoji usporiti Zemljinu rotaciju. A suprotna grba udaljenija je od Mjeseca, pokušava ubrzati rotaciju, ali se slabije privlači, pa rezultantni moment sila djeluje usporavajuće na rotaciju Zemlje.
Dakle, naš planet cijelo vrijeme smanjuje brzinu svoje rotacije (iako ne sasvim redovito, u skokovima, što je povezano s osobitostima prijenosa mase u oceanima i atmosferi). A kakav učinak imaju Zemljine plime i oseke na Mjesec? Bliska plimna izbočina vuče Mjesec, daleka ga, naprotiv, usporava. Prva sila je veća, kao rezultat toga mjesec ubrzava. Sjetite se sada iz prethodnog predavanja, što se događa sa satelitom koji je u kretanju nasilno povučen naprijed? Kako se njegova energija povećava, on se udaljava od planeta i njegova kutna brzina opada kako se povećava radijus orbite. Inače, povećanje perioda revolucije Mjeseca oko Zemlje primijećeno je još u Newtonovo doba.
Govoreći u brojkama, Mjesec se udaljava od nas za oko 3,5 cm godišnje, a trajanje zemljinog dana svakih stotinu godina povećava se za stotinku sekunde. Čini se da je to besmislica, ali zapamtite da Zemlja postoji milijardama godina. Lako je izračunati da je u doba dinosaura dan imao oko 18 sati (sadašnje sate, naravno).
Kako se Mjesec udaljava, plimne sile postaju manje. No, uostalom, uvijek se udaljavao, a pogledamo li u prošlost, vidjet ćemo da je Mjesec prije bio bliže Zemlji, što znači da su plime i oseke bile veće. Možete procijeniti, na primjer, da su u arhejskom dobu, prije 3 milijarde godina, plime bile kilometarski visoke.
Fenomen plime i oseke na drugim planetima
Naravno, u sustavima drugih planeta isti se fenomeni događaju i sa satelitima. Jupiter je, primjerice, vrlo masivan planet s velikim brojem satelita. Njegova četiri najveća satelita (nazvani su Galilejski jer ih je otkrio Galileo) pod prilično su opipljivim utjecajem Jupitera. Najbliži od njih, Io, potpuno je prekriven vulkanima, među kojima ima više od pedeset aktivnih, a oni izbacuju "višak" tvari 250-300 km uvis. Ovo otkriće bilo je vrlo neočekivano: na Zemlji nema tako moćnih vulkana, a ovdje je malo tijelo veličine Mjeseca koje se već dugo trebalo hladiti, ali umjesto toga pršti od topline na sve strane. Gdje je izvor te energije?
Iova vulkanska aktivnost nije bila iznenađenje za sve: šest mjeseci prije nego što je prva sonda poletjela prema Jupiteru, dva američka geofizičara objavila su rad u kojem su izračunali Jupiterov utjecaj plime i oseke na ovaj satelit. Pokazalo se da je toliko velik da može deformirati tijelo satelita. A tijekom deformacije uvijek se oslobađa toplina. Kada uzmemo komad hladnog plastelina i počnemo ga gnječiti u rukama, on nakon nekoliko stiskanja postaje mekan i savitljiv. To se ne događa zato što ga je ruka zagrijala svojom toplinom (isto će se dogoditi ako se spljošti u hladnom škripcu), već zato što je deformacijom u njega uložena mehanička energija koja se pretvara u toplinu.
Ali zašto se, zaboga, oblik satelita mijenja pod utjecajem plime i oseke s Jupitera? Čini se da je, krećući se u kružnoj orbiti i rotirajući sinkrono, poput našeg Mjeseca, jednom postao elipsoid - i nema razloga za naknadna iskrivljenja oblika? Međutim, u blizini Ia postoje i drugi sateliti; svi oni uzrokuju da se njegova (Io) orbita malo pomiče naprijed-nazad: ili se približava Jupiteru, a zatim se udaljava. To znači da utjecaj plime ili slabi ili se pojačava, a oblik tijela se cijelo vrijeme mijenja. Usput, još nisam govorio o plimi i oseci u čvrstom tijelu Zemlje: one, naravno, također postoje, nisu tako visoke, reda veličine decimetra. Ako sjedite šest sati na svojim mjestima, tada ćete zahvaljujući plimi i oseci "prošetati" dvadesetak centimetara u odnosu na središte Zemlje. Ta je fluktuacija za čovjeka, naravno, neprimjetna, ali geofizički instrumenti je registriraju.
Za razliku od Zemljinog svoda, površina Io fluktuira s amplitudom od mnogo kilometara za svaki orbitalni period. Velika količina energije deformacije se rasipa u obliku topline i zagrijava crijeva. Na njemu se, usput, ne vide krateri meteorita, jer vulkani stalno zasipaju cijelu površinu svježom materijom. Čim udarni krater nastane, za stotinu godina bude prekriven produktima erupcije susjednih vulkana. Rade kontinuirano i vrlo snažno, tome se pridodaju rasjedi u kori planeta, kroz koje iz dubina teče talina raznih minerala, uglavnom sumpora. Na visokim temperaturama potamni pa mlaz iz kratera izgleda crn. A svijetli rub vulkana je ohlađena tvar koja pada oko vulkana. Na našem planetu, tvar izbačena iz vulkana obično se usporava zrakom i pada blizu otvora, tvoreći stožac, ali na Iou nema atmosfere i leti duž balističke putanje daleko u svim smjerovima. Možda je ovo primjer najsnažnijeg učinka plime i oseke u Sunčevom sustavu.
Drugi Jupiterov satelit, Europa izgleda kao naša Antarktika, prekrivena je čvrstom ledenom korom, ponegdje ispucalom, jer je također stalno nešto deformira. Budući da je ovaj satelit udaljeniji od Jupitera, plimni efekt ovdje nije tako jak, ali ipak dosta primjetan. Ispod ove ledene kore nalazi se tekući ocean: fotografije pokazuju kako iz nekih pukotina izviru fontane. Pod djelovanjem plimnih sila ocean ključa, a ledena polja plutaju i sudaraju se na njegovoj površini, slično kao što imamo u Arktičkom oceanu i uz obalu Antarktika. Izmjerena električna vodljivost europske oceanske tekućine pokazuje da je to slana voda. Zašto ne bi bilo života? Bilo bi primamljivo spustiti uređaj u jednu od pukotina i vidjeti tko tamo živi.
Zapravo, ne spajaju svi planeti kraj s krajem. Na primjer, Enceladus, Saturnov mjesec, također ima ledenu koru i ocean ispod. Ali izračuni pokazuju da energija plime i oseke nije dovoljna da održi subglacijalni ocean u tekućem stanju. Naravno, osim plime i oseke, svako nebesko tijelo ima i druge izvore energije - na primjer, raspadajuće radioaktivne elemente (uran, torij, kalij), ali na malim planetima oni teško mogu igrati značajnu ulogu. Dakle, postoji nešto što još ne razumijemo.
Efekt plime i oseke iznimno je važan za zvijezde. Zašto - o tome na sljedećem predavanju.
Plima i oseka je periodički porast i pad razine vode u oceanima i morima.
Dva puta tijekom dana, s razmakom od oko 12 sati i 25 minuta, voda u blizini obale oceana ili otvorenog mora naraste i, ako nema barijera, ponekad poplavi velike prostore - to je plima. Tada se voda spušta i povlači, otkrivajući dno - to je oseka. Zašto se ovo događa? Čak su i stari ljudi razmišljali o tome, primijetili su da su te pojave povezane s Mjesecom. Glavni uzrok plime i oseke prvi je istaknuo I. Newton - to je privlačnost Zemlje od strane Mjeseca, odnosno razlika između privlačnosti Mjeseca cijele Zemlje kao cjeline i njegove vodene ljuske.
Plima i oseka objašnjeni Newtonovom teorijom
Privlačenje Zemlje prema Mjesecu sastoji se od privlačenja pojedinačnih čestica Zemlje prema Mjesecu. Čestice koje su trenutno bliže Mjesecu on jače privlači, a one udaljenije slabije. Kad bi Zemlja bila apsolutno čvrsta, tada ta razlika u sili privlačenja ne bi igrala nikakvu ulogu. Ali Zemlja nije apsolutno čvrsto tijelo, stoga razlika u privlačnim silama čestica koje se nalaze blizu površine Zemlje i blizu njezinog središta (ta se razlika naziva sila koja stvara plimu) pomiče čestice jedna prema drugoj, a Zemlja, prvenstveno njezina vodena ljuska, je deformirana.
Kao rezultat toga, na strani koja je okrenuta prema Mjesecu, i na njegovoj suprotnoj strani, voda se diže, formirajući plimne izbočine, a tamo se nakuplja višak vode. Zbog toga se razina vode u drugim suprotnim točkama Zemlje u ovom trenutku smanjuje - ovdje je plima.
Kada Zemlja ne bi rotirala, a Mjesec ostao nepomičan, tada bi Zemlja, zajedno sa svojom vodenom ljuskom, uvijek zadržala isti izduženi oblik. Ali Zemlja rotira, a Mjesec se kreće oko Zemlje za otprilike 24 sata i 50 minuta. S istim periodom, plimne izbočine slijede Mjesec i kreću se duž površine oceana i mora od istoka prema zapadu. Budući da postoje dvije takve izbočine, plimni val prolazi preko svake točke u oceanu dva puta dnevno u razmaku od oko 12 sati i 25 minuta.
Zašto je visina plimnog vala različita
U otvorenom oceanu voda se blago diže tijekom prolaska plimnog vala: oko 1 m ili manje, što ostaje gotovo neprimjetno za mornare. No pred obalom je i toliki porast vodostaja primjetan. U zaljevima i uskim zaljevima razina vode znatno se podiže tijekom plime, jer obala sprječava kretanje plimnog vala i voda se ovdje nakuplja tijekom cijelog vremena između oseke i oseke.
Najveća plima (oko 18 m) opažena je u jednom od zaljeva na obali u Kanadi. U Rusiji se najveća plima (13 m) javlja u zaljevima Gizhiginskaya i Penzhinskaya Ohotskog mora. U unutarnjim morima (na primjer, u Baltičkom ili Crnom) plime su gotovo neprimjetne, jer mase vode koje se kreću uz oceanski plimni val nemaju vremena prodrijeti u takva mora. Ali svejedno, u svakom moru ili čak jezeru, s malom masom vode nastaju neovisni plimni valovi. Na primjer, visina plime u Crnom moru doseže samo 10 cm.
U istom području visina plime je različita, budući da se udaljenost Mjeseca od Zemlje i najveća visina Mjeseca iznad horizonta mijenjaju tijekom vremena, a to dovodi do promjene u veličini sila koje stvaraju plimu .
Plima i oseka i Sunce
Sunce također utječe na plimu i oseku. Ali plimne sile Sunca su 2,2 puta manje od plimnih sila Mjeseca.
Za vrijeme mladog i punog Mjeseca plimne sile Sunca i Mjeseca djeluju u istom smjeru – tada se postižu najveće plime i oseke. Ali tijekom prve i treće četvrtine mjeseca, plimne sile sunca i mjeseca se suprotstavljaju, pa su plime i oseke manje.
Morske mijene u zračnom omotaču Zemlje iu njenom čvrstom tijelu
Fenomeni plime i oseke događaju se ne samo u vodi, već iu zračnoj ljusci Zemlje. Zovu se atmosferske plime. Plima i oseka pojavljuju se iu čvrstom tijelu Zemlje, budući da Zemlja nije apsolutno čvrsta. Vertikalne oscilacije Zemljine površine uslijed plime i oseke dosežu nekoliko desetaka centimetara.
Praktična upotreba oseke i oseke
Plimna elektrana je posebna vrsta hidroelektrane koja koristi energiju plime i oseke, a zapravo kinetičku energiju rotacije Zemlje. Plimne elektrane grade se na obalama mora, gdje gravitacijske sile Mjeseca i Sunca mijenjaju razinu vode dva puta dnevno. Oscilacije razine vode u blizini obale mogu doseći 18 metara.
Godine 1967. izgrađena je plimna elektrana u Francuskoj na ušću rijeke Rance.
U Rusiji od 1968. eksperimentalna TE radi u zaljevu Kislaya na obali Barentsova mora.
PES postoje iu inozemstvu - u Francuskoj, Velikoj Britaniji, Kanadi, Kini, Indiji, SAD-u i drugim zemljama.