Как возникает приливообразующая сила луны

лунный календарь на каждый день

Влияние Луны на приливы и отливы

Приливами и отливами называют периодические повышения и понижения уровня воды в океанах и морях. Дважды в течение суток с промежутком около 12 часов 25 минут вода у берега океана или открытого моря поднимается и, если нет преград, заливает иногда большие пространства – это прилив. Затем вода понижается и отступает, обнажая дно – это отлив. Почему это происходит? Об этом задумывались еще древние люди, они-то и заметили, что эти явления связаны с Луной. На основную причину приливов и отливов впервые указал И. Ньютон – это притяжение Земли Луной, а точнее, разность между притяжением Луной всей Земли в целом и водной ее оболочки.

Объяснение приливов и отливов теорией Ньютона

Притяжение Земли Луной складывается из притяжения Луной отдельных частиц Земли. Частицы, находящиеся в данный момент ближе к Луне, притягиваются ею сильнее, а более далекие – слабее. Если бы Земля была абсолютно твердой, то это различие в силе притяжения не играло бы никакой роли. Но Земля не является абсолютно твердым телом, поэтому разность сил притяжения частиц, находящихся вблизи поверхности Земли и вблизи ее центра (эту разность называют приливообразующей силой), смещает частицы относительно друг друга, и Земля, прежде всего ее водная оболочка, деформируется.

В результате на той стороне, которая обращена к Луне, и на ее противоположной стороне вода поднимается, образуя приливные выступы, и там накапливается излишек воды. За счет этого уровень воды в других противоположных точках Земли в это время снижается – здесь происходит отлив.

Если бы Земля не вращалась, а Луна оставалась неподвижной, то Земля вместе со своей водной оболочкой всегда сохраняла бы одну и ту же вытянутую форму. Но Земля вращается, а Луна движется вокруг Земли примерно за 24 часа 50 минут. С этим же периодом и приливные выступы следуют за Луной и перемещаются по поверхности океанов и морей с востока на Запад. Поскольку таких выступов два, то над каждым пунктом в океане дважды в сутки с интервалом около 12 часов 25 минут проходит приливная волна.

Почему высота приливной волны разная

В открытом океане вода поднимается при прохождении приливной волны незначительно: около 1 м и менее, что остается практически незаметным для мореплавателей. Но у берегов даже такой подъем уровня воды заметен. В бухтах и узких заливах уровень воды поднимается во время приливов гораздо выше, так как берег препятствует движению приливной волны и вода накапливается здесь в течение всего времени между отливом и приливом.

Самый большой прилив (около 18 м) наблюдается в одной из бухт на побережье в Канаде. В России наибольшие приливы (13 м) происходят в Гижигинской и Пенжинской губах Охотского моря. Во внутренних морях (например, в Балтийском или Черном) приливы и отливы почти незаметны, потому что в такие моря не успевают проникнуть массы воды, перемещающиеся вместе с океанской приливной волной. Но все равно в каждом море или даже озере возникают самостоятельные приливные волны с небольшой массой воды. Например, высота приливов в Черном море достигает лишь 10 см.

В одной и той же местности высота прилива бывает различной, так как расстояние от Луны до Земли и наибольшая высота Луны над горизонтом с течением времени изменяются, а это приводит к изменению величины приливообразующих сил.

Приливы и Солнце

На приливы также оказывает действие и Солнце. Но приливные силы Солнца в 2,2 раза меньше приливных сил Луны. Во время новолуния и полнолуния приливные силы Солнца и Луны действуют в одном направлении – тогда получаются наиболее высокие приливы. Но во время первой и третьей четвертей Луны приливные силы Солнца и Луны противодействуют, поэтому приливы бывают меньшими.

Приливы в воздушной оболочке Земли и в ее твердом теле

Приливные явления происходят не только в водной, но и в воздушной оболочке Земли. Они называются атмосферными приливами и отливами. Приливы происходят также в твердом теле Земли, поскольку Земля не является абсолютно твердой. Вертикальные колебания поверхности Земли вследствие приливов достигают нескольких десятков сантиметров.

Практическое использование приливов и отливов

Приливная электростанция – это особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.

В 1967 г. во Франции была построена приливная электростанция в устье реки Ранс. В России c 1968 г. действует экспериментальная ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. Существуют ПЭС и за рубежом — во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах.

Источник

Приливные силы Луны

На обветренном Атлантическом побережье Северной Америки, на границе США и Канады, находится одно из природных чудес света – залив Фанди. Каждые 12,4 часа круглый год в залив втекает и вытекает до 115 млрд тонн воды, вызывая приливы высотой до – 20 м. Течения и окружающий ландшафт – создают предрасположенность залива к подобным экстремальным измене но их первопричина – это действие силы тяжести Луны.

СИЛА ТЯЖЕСТИ ЛУНЫ

Земные приливы вызваны разницей в действии притяжения Луны на разные стороны Земли. На нашей планете действуют большие приливные силы, поскольку Луна – один из самых крупных спутников в Солнечной системе.

Сила тяжести Луны уменьшается пропорционально квадрату расстояния от нее до центра Земли. Например, сила тяжести Луны на расстоянии 100 000 км в четыре раза сильнее, чем на расстоянии 200 000 км. Поскольку диаметр Земли относительно велик по сравнению со средним расстоянием между Землей и Луной, сила тяжести Луны намного сильнее на ближней к ней стороне Земли, чем в центре планеты или на ее дальней стороне. В результате Луна поднимает на Земле два приливных горба, или вздутия: один – в направлении Луны, а другой – на противоположной стороне. Высокий прилив на дальней стороне Земли вызван тем, что эти океаны настолько удалены, что ощущают малейшее притяжение Луны. Однако существует сила, которая оттягивает-эти океаны от Луны.

Земля и Луна вращаются вокруг общего центра массы, расположенного глубоко внутри Земли. Представьте себе Землю и Луну как единое целое, состоящее из двух шаров на разных концах вращающейся трости. Вода на дальней стороне Земли, вдали от Луны, выталкивается из центра этого вращающегося целого Земля – Луна. Внешняя сила называется инерцией, она равна силе, притягивающей ближнюю сторону Земли к Луне. Водные массы, ощущающие эти две силы, постоянно меняются по мере вращения Земли, но изменения всегда происходят по направлению к Луне и от нее.

СЛОЖНОСТИ ПРИЛИВОВ

Приливные горбы влияют на воды земных океанов намного сильнее, чем твердая кора Земли. Если бы Земля была покрыта однородным океаном, разница между приливом и отливом составляла бы 54 см воды, которая носилась бы вокруг планеты, создавая два цикла в день по мере вращения Земли под горбами. Тем временем деформирующиеся породы недр Земли изогнулись бы лишь на несколько сантиметров.

В действительности приливные горбы Земли находятся не на одной линии с Луной – 24-часовое вращение нашей планеты настолько быстрое, что она несет приливные горбы «вперед» так, что если в полдень вверху проходит Луна, то мы можем ожидать высокий прилив в 10:00. Кроме того, большая часть приливной энергии создается не простым движением воды вверх и вниз, а горизонтальными поверхностными волнами, переносящими свою энергию по планете. В результате невозможно предсказать силу и время приливов, основываясь только на теории.

ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ПРИЛИВЫ

Это приводит к крайностям, которые наблюдаются в заливе Фанди и других местах, где течения из разных направлений могут создавать два прилива для каждого 12-часового цикла.

Есть еще один важный фактор: Луна – не единственное небесное тело, поднимающее приливы на Земле. Солнце оказывает подобное, но меньшее влияние, поднимая свою собственную пару приливных горбов. В течение синодического (лунной фазы) месяца взаимно меняющиеся направления Солнца и Луны приводят к тому, что их соответствующие приливы усиливают или ослабляют друг друга, создавая цикл высоких приливов и низких отливов.

Подъем и спад океанических вод оказывали сильное влияние на Землю и жизнь на ней. Некоторые биологи считают, что в приливной зоне литорали и влажных песках между приливами и отливами зародилась жизнь. В наши дни циклы размножения многих видов привязаны к приливам. Например, некоторые виды черепах выходят на берег откладывать яйца во время отливов, чтобы на несколько недель уберечь свой выводок от затопления или смывания в воду, пока позднее прилив не унесет вылупившийся молодняк обратно в море.

Приливные силы не ограничиваются нашими океанами. Земля оказывает еще большее приливное влияние на Луну. Поскольку одна часть Луны постоянно повернута в сторону нашей планеты, приливы не передвигаются по поверхности, а создают постоянную деформацию Луны. Однако вследствие того, что расстояние между Луной и Землей изменяется в пределах 42 000 км в течение каждого месяца, мощь приливной силы колеблется. Хотя безводная поверхность смещается лишь на 1,7 м, этого достаточно, чтобы вызвать сейсмические колебания, часами воздействующие на недра Луны.

ПРИЛИВНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ

Медленное синхронное вращение Луны сводит к минимуму приливные силы. Однако когда Луна была моложе, она вращалась быстрее и находилась ближе к Земле. Это создавало огромные приливные силы, которые формировали большие горбы на обеих сторонах Луны, слегка отстававшие от направления движения Земли. В результате Луна была подвержена гигантским силам приливного торможения.

Следует принять во внимание еще один факт. Горб, направленный на Луну, имеет склонность «управлять» положением нашего спутника, он тянет Луну вперед и слегка ее ускоряет. Это приводит к тому, что Луна немного удаляется на своей орбите, что обнаружили во время экспериментов на космическом корабле «Аполлон». В то же время Луна оттягивает назад приливные горбы Земли и постепенно замедляет нашу планету. Благодаря палеонтологическим данным было установлено, что 180 млн лет назад в году было около 381 дня, каждый из которых длился всего 23 часа.

Источник

Приливообразующие силы и их геофизическая роль

Согласно закону всемирного тяготения все тела притягиваются одно к другому, в т.ч. и такие небесные тела как Земля и Луна. Сила притяжения Земли и Луны F_зл уравновешивается центробежной силой I_зл , возникающей при вращении двойной планеты Земля – Луна вокруг Солнца относительно общего центра тяжести. Масса Луны меньше массы Земли в 81,5 раза, поэтому общий центр тяжести расположен в теле Земли на расстоянии 0,73 R (R – радиус Земли). F_зл и I_зл противоположно направлены и точно равны относительно центров масс планет. Это равновесие не распространяется на отдельные точки земной поверхности из-за больших размеров Земли, в результате происходит возмущение поля силы тяжести, вызывающее приливы и отливы в атмосфере, гидросфере и твердом теле Земли.

Теория приливов была разработана Ньютоном, сначала для океана, позднее для твердого тела Земли. Согласно этой теории притяжение Луны действует на каждую i-ую точку поверхности Земли с силой F_iл. Для стороны Земли, обращенной к Луне (в зените), F_iл> F_зл , для противоположной, находящейся в надире, F_iл I_зл, на обратной стороне Земли F_iл

Действительная картина приливов очень сложна. В течение месяца постоянно меняются расстояния между Землей, Луной и Солнцем. На приливную волну влияет расположение материков и очертания их береговых линий. Из-за вязкости воды, трения ее о дно и одного слоя о другой наступление приливов несколько запаздывает по отношению ко времени прохождения Луны через меридиан данного места. Величина приливов еще более разнообразна, чем их период. В открытом океане у островов высота прилива (h) близка к теоретической величине (h = 0,53 м – лунный прилив; h = 0,24 м – солнечный). У материков со слаборасчлененной береговой линией h = 1,5 – 2 м. Самая высокая величина прилива – 18 м – наблюдается в заливе Фанди (45 0 с.ш.); в Пенжинской губе h = 12 м. Во внутренних морях высота прилива небольшая: Черное море – 0,13 м; Балтийское – 0,12 м.

Воздействие приливообразующей силы на твердое тело Земли незаметно для человека из-за большой длины приливной волны и незначительной высоты. Так, например, район г.Москвы дважды в сутки поднимается и опускается на 0,5 м, длина волны достигает при этом 20000 км, поэтому угол наклона поверхности составляет очень небольшую величину.

При движении приливной волны частицы вещества мантии и ядра Земли взаимно перемещаются, преодолевая внутреннее трение. Это приливное трение, на которое расходуется энергия вращения Земли; в результате скорость вращения замедляется (2 с за 100 000 лет), что является одним из основных геофизических следствий влияния Луны на Землю. (в силуре длительность суток была 21.53 час.).

Приливообразующие силы оказывают определенное воздействие на атмосферу, где с периодом 12 час. 26 мин. отмечаются вариации давления, правда их величина значительно меньше, чем изменения атмосферного давления, происходящие под воздействием солнечной радиации.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

ПРИЛИВООБРАЗУЮЩИЕ СИЛЫ ЛУНЫ И СОЛНЦА

Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят перио­дические поднятия и опускания поверхности морей и океанов — приливы и отливы. Частицы воды совершают при этом и верти­кальные и горизонтальные движения. Наибольшие приливы на­блюдаются в дни сизигий (новолуний и полнолуний), наимень­шие (квадратурные) совпадают с первой и последней четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут изменяться в 2,7 раза.

Вследствие изменения расстояния между Землей и Луной, приливообразующая сила Луны в течение месяца может изме­няться на 40%, изменение приливообразующей силы Солнца за год составляет лишь 10%. Лунные приливы в 2,17 раза превыша­ют по силе солнечные.

Основной период приливов полусуточный. Приливы с такой периодичностью преобладают в Мировом океане. Наблюдаются также приливы суточные и смешанные. Характеристики смешан­ных приливов изменяются в течение месяца в зависимости от склонения Луны.

В открытом море подъем водной поверхности во время при­лива не превышает 1 м. Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек, проливах и в постепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией. Наибольшей величины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады). У порта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива поднимается на 19,6 м. В Англии, в устье реки Северн, впадающей в Бристольский залив, наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье Франции, у Гран-виля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до 14 м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, в Фин-

ском заливе, вблизи Санкт-Петербурга, величина прилива не пре­вышает 4. 5 см, в Черном море, у Трапезунда, доходит до 8 см. Поднятия и опускания водной поверхности во время при­ливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливными течениями. Скорость этих течений во время сизигий в 2. 3 раза больше, чем во время квадратур. Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют «живой водой».

При отливах на пологих берегах морей может происходить обнажение дна на расстоянии в несколько километров по перпен­дикуляру к береговой линии. Рыбаки Терского побережья Белого моря и полуострова Новая Шотландия в Канаде используют это обстоятельство при ловле рыбы. Перед приливом они уста­навливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжа­ют к сетям на телегах и собирают попавшую в них рыбу.

Когда время прохождения приливной волны по заливу совпа­дает с периодом колебаний приливообразующей силы, возникает явление резонанса, и амплитуда колебаний водной поверхности сильно возрастает. Подобное явление наблюдается, например, в Кандалакшском заливе Белого моря.

В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут изменить его на­правление на противоположное. На Северной Двине действие прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устья вверх по реке, на Амазонке — на расстоянии до 1 400 км. На некоторых реках (Северн и Трент в Англии, Сена и Орне во Франции, Ама­зонка в Бразилии) приливное течение создает крутую волну вы­сотой 2. 5 м, которая распространяется вверх по реке со скорос­тью 7 м/сек. За первой волной может следовать несколько волн меньших размеров. По мере продвижения вверх волны постепен­но ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они с шу­мом дробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франции маскаре, в Бразилии поророка.

В большинстве случаев волны бора заходят вверх по реке на 70. 80 км, на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычно во время наиболее высоких приливов.

Спад уровня воды в реках при отливе происходит медленнее, чем подъем во время прилива. Поэтому, когда в устье начинается отлив, на удаленных от устья участках еще может наблюдаться последействие прилива.

Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко от места впадения в за­лив Фанди, проходит через узкое ущелье. Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверх по реке, уровень воды

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуется водопад с движением воды против течения реки. При отливе же вода не успевает достаточно быстро проходить через ущелье в обратном направлении, поэтому уровень воды выше ущелья оказывается выше и образуется водопад, через который вода устремляется вниз по течению реки.

Приливо-отливные течения в морях и океанах распространя­ются на значительно большие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему перемешиванию воды и задерживает образование льда на ее свободной поверхности. В северных мо­рях благодаря трению приливной волны о нижнюю поверхность ледяного покрова происходит уменьшение интенсивности при­ливо-отливных течений. Поэтому зимой в северных широтах при­ливы имеют меньшую высоту, чем летом.

Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по времени движение Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают силы приливного трения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и вращение Земли замедля­ется (примерно на 0,001 с за 100 лет). По законам небесной меха­ники дальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой уменьшение скорости движения Луны по орбите и увеличение расстояния между Землей и Луной. В конечном итоге период вра­щения Земли вокруг своей оси должен сравняться с периодом обращения Луны вокруг Земли. Это произойдет, когда период вращения Земли достигнет 55 суток. При этом прекратится су­точное вращение Земли, прекратятся и приливо-отливные явле­ния в Мировом океане.

В течение длительного времени происходило торможение вращения Луны за счет возникавшего в ней приливного трения под действием земного притяжения (приливно-отливные явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердой оболочке небесного тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и теперь обращена к Земле одной стороной. Благодаря длительному действию приливообразующих сил Солнца потерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле, Меркурий обращен к Солнцу только одной стороной.

В XVI и XVII в. энергия приливов в небольших бухтах и узких проливах широко использовалась для приведения в дей­ствие мельниц. Впоследствии она применялась для приведения в действие насосных установок водопроводов, для транспорти­ровки и монтажа массивных деталей сооружений при гидрострои­тельстве.

В наше время приливная энергия в основном превращается в электрическую энергию на приливных электростанциях и влива­ется затем в общий поток энергии, вырабатываемой электростан­циями всех типов. В отличие от гидроэнергии рек, средняя вели­чина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обес­печивать энергией промышленные предприятия.

В приливных электростанциях используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отде­ляют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задер­живает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины.

Источник