Училищна енциклопедия. Природен феномен приливи и отливи Приливи и отливи в астрономията
Преди две години бях на почивка на брега на Индийския океан на прекрасния остров Цейлон. Моят малък хотел беше само на 50 метра от океана. Всеки ден наблюдавах със собствените си очи цялото мощно движение и бурния живот на океана. Една ранна сутрин стоях на брега, гледах вълните и си мислех какво дава сила на такава мощна вибрация на океана, неговите ежедневни приливи и отливи.
Какво дава сила на приливите и отливите
Гравитацията влияе еднакво върху движението на всички обекти. Но ако гравитацията причинява приливи и отливи в океаните, а водата причинява вода в Африка, тогава защо в езерата няма приливи и отливи? Хм, какво ще стане, ако приемем, че всичко, което знаем, е грешно. Много интелигентни хора от научния свят го обясняват по този начин. Гравитацията на Земята в точка А е по-слаба, отколкото в точка Б. Нетният ефект от гравитацията на Земята разтяга океана. След което се подува от противоположните страни.
Да, наистина фактите са реални и има разлика в гравитационната сила на Луната в точки А и Б.
Недоразумението се крие в обяснението на издатините. Може би те не се появяват поради разлики в привличането. Но причините са по-малко очевидни и те се объркват. Става въпрос по-скоро за кумулативното налягане на различни места във водния стълб. А Луната превръща Земята в хидравлична помпа в планетарен мащаб и водата набъбва, притискайки се към центъра. Следователно и най-малкото въздействие е достатъчно, за да започне вълновото движение.
Още малко за приливите и отливите
Но бих искал да разбера защо те не са в друго натрупване на вода:
- в човешкото тяло (състои се от 80% вода);
- в пълна вана;
- в езера;
- в чаши кафе и др.
Най-вероятно поради по-ниско налягане от това в океана и лоша хидравлика. За разлика от океана, това са малки натрупвания на вода. Площта на езерото, чашата и останалата част не е достатъчна за минималния натиск върху него, за да промени нивото на водата, създавайки вълни.
Големите езера могат да създадат натиск за малки приливи и отливи. Но тъй като ветровете и пръските създават големи вълни, ние просто не ги забелязваме. Приливите се образуват навсякъде, те са много микроскопични.
Приливи и отливи се наричат периодични увеличения и понижения на нивото на водата в океаните и моретата. Два пъти през деня, с интервал от около 12 часа и 25 минути, водата край брега на океана или открито море се покачва и, ако няма препятствия, понякога наводнява големи пространства - това е приливът. След това водата спада и се отдръпва, оголвайки дъното - това е отлив. Защо се случва това? Дори древните хора са мислили за това и са забелязали, че тези явления са свързани с Луната. И. Нютон беше първият, който посочи основната причина за приливите и отливите - това е привличането на Земята от Луната, или по-скоро разликата между привличането на Луната върху цялата Земя като цяло и неговата водна обвивка.
Обяснение на приливите и отливите от теорията на Нютон
Привличането на Земята от Луната се състои в привличането на отделни частици на Земята от Луната. Частиците, които в момента са по-близо до Луната, се привличат от нея по-силно, докато частиците, които са по-отдалечени, се привличат по-слабо. Ако Земята беше абсолютно твърда, тогава тази разлика в силата на гравитацията не би играла никаква роля. Но Земята не е абсолютно твърдо тяло, следователно разликата в силите на привличане на частици, разположени близо до повърхността на Земята и близо до нейния център (тази разлика се нарича приливна сила), измества частиците една спрямо друга и Земята , предимно неговата водна обвивка, е деформирана.
В резултат на това от страната, обърната към Луната, и от противоположната страна водата се издига, образувайки приливни хребети и там се натрупва излишната вода. Поради това нивото на водата в други противоположни точки на Земята по това време намалява - тук настъпва отлив.
Ако Земята не се въртеше и Луната оставаше неподвижна, тогава Земята, заедно с нейната водна обвивка, винаги щеше да поддържа същата продълговата форма. Но Земята се върти, а Луната се движи около Земята за около 24 часа и 50 минути. Със същия период приливните пикове следват Луната и се движат по повърхността на океаните и моретата от изток на запад. Тъй като има две такива проекции, приливна вълна преминава над всяка точка в океана два пъти на ден с интервал от около 12 часа и 25 минути.
Защо височината на приливната вълна е различна?
В открития океан водата леко се покачва при преминаване на приливна вълна: около 1 м или по-малко, което остава практически незабележимо за моряците. Но край брега дори такова покачване на нивото на водата се забелязва. В заливите и тесните заливи нивото на водата се повишава много по-високо по време на приливи, тъй като брегът предотвратява движението на приливната вълна и водата се натрупва тук през цялото време между отлива и отлива.
Най-високият прилив (около 18 м) се наблюдава в един от заливите на брега в Канада. В Русия най-високите приливи (13 m) се срещат в Гижигинския и Пенжинския залив на Охотско море. Във вътрешните морета (например в Балтийско или Черно) приливите и отливите са почти незабележими, тъй като водните маси, движещи се заедно с океанската приливна вълна, нямат време да проникнат в такива морета. Но все пак във всяко море или дори езеро възникват независими приливни вълни с малка маса вода. Например височината на приливите и отливите в Черно море достига едва 10 см.
В една и съща област височината на прилива може да бъде различна, тъй като разстоянието от Луната до Земята и максималната височина на Луната над хоризонта се променят с времето и това води до промяна в величината на приливните сили.
Приливи и отливи и слънце
Слънцето влияе и на приливите и отливите. Но приливните сили на Слънцето са 2,2 пъти по-малки от приливните сили на Луната. По време на новолуние и пълнолуние приливните сили на Слънцето и Луната действат в една посока – тогава се получават най-високите приливи и отливи. Но през първата и третата четвърт на Луната приливните сили на Слънцето и Луната се противопоставят една на друга, така че приливите и отливите са по-малки.
Приливи и отливи във въздушната обвивка на Земята и в нейното твърдо тяло
Приливните явления се срещат не само във водата, но и във въздушната обвивка на Земята. Те се наричат атмосферни приливи и отливи. Приливите се срещат и в твърдото тяло на Земята, тъй като Земята не е абсолютно твърда. Вертикалните колебания на земната повърхност поради приливи и отливи достигат няколко десетки сантиметра.
Съдържанието на статията
Приливи и отливи,периодични колебания на водните нива (повдигания и спадове) във водните площи на Земята, които са причинени от гравитационното привличане на Луната и Слънцето, действащи върху въртящата се Земя. Всички големи водни площи, включително океани, морета и езера, са подложени на приливи и отливи в една или друга степен, въпреки че те са малки в езерата.
Реверсивен водопад
(обръщане на посоката) е друг феномен, свързан с приливите и отливите в реките. Типичен пример е водопадът на река Сейнт Джон (Ню Брънзуик, Канада). Тук, през тясно дефиле, водата по време на прилив прониква в басейн, разположен над ниското ниво на водата, но малко под нивото на високата вода в същото дефиле. Така възниква преграда, преминавайки през която водата образува водопад. По време на отлив водата тече надолу по течението през стеснен проход и, преодолявайки подводен перваз, образува обикновен водопад. По време на прилив, стръмна вълна, която прониква в дефилето, пада като водопад в надлежащия басейн. Обратният поток продължава, докато нивата на водата от двете страни на прага се изравнят и приливът започне да намалява. Тогава водопадът, обърнат надолу по течението, се възстановява отново. Средната разлика в нивото на водата в дефилето е ок. 2,7 м, но при най-високите приливи височината на директния водопад може да надхвърли 4,8 м, а на обратния - 3,7 м.
Най-големи приливни амплитуди.
Най-високият прилив в света се генерира от силни течения в залива Минас в залива Фънди. Приливните колебания тук се характеризират с нормален ход с полудневен период. Нивото на водата по време на прилив често се повишава с повече от 12 m за шест часа и след това спада със същото количество през следващите шест часа. Когато ефектът от пролетния прилив, позицията на Луната в перигея и максималната деклинация на Луната се появят в един и същи ден, нивото на прилива може да достигне 15 м. Тази изключително голяма амплитуда на приливните колебания се дължи отчасти на формата на фуния форма на залива Fundy, където дълбочините намаляват и бреговете се приближават към върха на залива.
Вятър и време.
Вятърът има значително влияние върху приливните явления. Вятърът от морето тласка водата към брега, височината на прилива се увеличава над нормалното, а при отлив нивото на водата също надвишава средното. Напротив, когато вятърът духа от сушата, водата се отблъсква от брега и морското ниво пада.
Поради повишаването на атмосферното налягане над огромна площ от вода, нивото на водата намалява, тъй като се добавя насложеното тегло на атмосферата. Когато атмосферното налягане се повиши с 25 mmHg. чл., нивото на водата спада с приблизително 33 см. Намаляването на атмосферното налягане предизвиква съответно повишаване на нивото на водата. Следователно, рязък спад на атмосферното налягане, съчетан с ураганни ветрове, може да причини забележимо покачване на водните нива. Такива вълни, въпреки че се наричат приливни, всъщност не са свързани с влиянието на приливните сили и нямат характерната за приливните явления периодичност. Образуването на тези вълни може да бъде свързано или с ураганни ветрове, или с подводни земетресения (в последния случай те се наричат сеизмични морски вълни или цунами).
Използване на приливна енергия.
Разработени са четири метода за овладяване на приливната енергия, но най-практичният е да се създаде система за приливни басейни. В същото време, колебанията в нивата на водата, свързани с приливни явления, се използват в системата за заключване, така че разликата в нивата да се поддържа постоянно, което позволява генерирането на енергия. Мощността на приливните електроцентрали зависи пряко от площта на басейните за капани и потенциалната разлика в нивата. Последният фактор от своя страна е функция на амплитудата на приливните колебания. Достижимата разлика в нивата е най-важната за производството на електроенергия, въпреки че цената на конструкциите зависи от площта на басейните. В момента големи приливни електроцентрали работят в Русия на полуостров Кола и в Приморие, във Франция в устието на река Ранс, в Китай близо до Шанхай, както и в други части на земното кълбо.
ИНФОРМАЦИЯ ЗА ПРИЛИВИТЕ В НЯКОИ ПРИСТАНИЩА ПО СВЕТА | ||||
Порт | Интервал между приливите и отливите | Средна височина на прилива, m | Височина на пролетния прилив, m | |
ч | мин | |||
м. Морис-Джесеп, Гренландия, Дания | 10 | 49 | 0,12 | 0,18 |
Рейкявик, Исландия | 4 | 50 | 2,77 | 3,66 |
Р. Коксоак, Хъдсънов пролив, Канада | 8 | 56 | 7,65 | 10,19 |
Сейнт Джонс, Нюфаундленд, Канада | 7 | 12 | 0,76 | 1,04 |
Барнтко, заливът на Фънди, Канада | 0 | 09 | 12,02 | 13,51 |
Портланд, САЩ Мейн, САЩ | 11 | 10 | 2,71 | 3,11 |
Бостън, САЩ Масачузетс, САЩ | 11 | 16 | 2,90 | 3,35 |
Ню Йорк, Ню Йорк Ню Йорк, САЩ | 8 | 15 | 1,34 | 1,62 |
Балтимор, бр. Мериленд, САЩ | 6 | 29 | 0,33 | 0,40 |
Маями бийч Флорида, САЩ | 7 | 37 | 0,76 | 0,91 |
Галвестън, бр. Тексас, САЩ | 5 | 07 | 0,30 | 0,43* |
О. Марака, Бразилия | 6 | 00 | 6,98 | 9,15 |
Рио де Жанейро, Бразилия | 2 | 23 | 0,76 | 1,07 |
Каляо, Перу | 5 | 36 | 0,55 | 0,73 |
Балбоа, Панама | 3 | 05 | 3,84 | 5,00 |
Сан Франциско Калифорния, САЩ | 11 | 40 | 1,19 | 1,74* |
Сиатъл, Вашингтон, САЩ | 4 | 29 | 2,32 | 3,45* |
Нанаймо, Британска Колумбия, Канада | 5 | 00 | ... | 3,42* |
Ситка, Аляска, САЩ | 0 | 07 | 2,35 | 3,02* |
Изгрев, залив Кук, САЩ Аляска, САЩ | 6 | 15 | 9,24 | 10,16 |
Хонолулу, бр. Хавай, САЩ | 3 | 41 | 0,37 | 0,58* |
Папете, около. Таити, Френска Полинезия | ... | ... | 0,24 | 0,33 |
Дарвин, Австралия | 5 | 00 | 4,39 | 6,19 |
Мелбърн, Австралия | 2 | 10 | 0,52 | 0,58 |
Рангун, Мианмар | 4 | 26 | 3,90 | 4,97 |
Занзибар, Танзания | 3 | 28 | 2,47 | 3,63 |
Кейптаун, Южна Африка | 2 | 55 | 0,98 | 1,31 |
Гибралтар, Влад. Великобритания | 1 | 27 | 0,70 | 0,94 |
Гранвил, Франция | 5 | 45 | 8,69 | 12,26 |
Лит, Великобритания | 2 | 08 | 3,72 | 4,91 |
Лондон, Великобритания | 1 | 18 | 5,67 | 6,56 |
Доувър, Великобритания | 11 | 06 | 4,42 | 5,67 |
Avonmouth, Великобритания | 6 | 39 | 9,48 | 12,32 |
Рамзи, о. Мейн, Великобритания | 10 | 55 | 5,25 | 7,17 |
Осло, Норвегия | 5 | 26 | 0,30 | 0,33 |
Хамбург, Германия | 4 | 40 | 2,23 | 2,38 |
* Дневна амплитуда на прилива. |
Има покачване и спад на водата. Това е феноменът на морските приливи и отливи. Още в древни времена наблюдателите забелязаха, че приливът идва известно време след кулминацията на Луната на мястото на наблюдение. Освен това приливите са най-силни в дните на новолуние и пълнолуние, когато центровете на Луната и Слънцето са разположени приблизително на една и съща права линия.
Вземайки предвид това, И. Нютон обяснява приливите и отливите с действието на гравитацията от Луната и Слънцето, а именно с факта, че различните части на Земята се привличат от Луната по различен начин.
Земята се върти около оста си много по-бързо, отколкото Луната се върти около Земята. В резултат на това приливната гърбица (относителното положение на Земята и Луната е показано на фигура 38) се движи, приливна вълна преминава през Земята и възникват приливни течения. Когато вълната се приближи до брега, височината на вълната се увеличава с издигането на дъното. Във вътрешните морета височината на приливната вълна е само няколко сантиметра, но в открития океан тя достига около един метър. В благоприятно разположените тесни заливи височината на прилива се увеличава няколко пъти повече.
Триенето на водата срещу дъното, както и деформацията на твърдата обвивка на Земята, са придружени от отделяне на топлина, което води до разсейване на енергия от системата Земя-Луна. Тъй като приливната гърбица е на изток, максималният прилив настъпва след кулминацията на Луната, привличането на гърбицата кара Луната да се ускорява и въртенето на Земята да се забавя. Луната постепенно се отдалечава от Земята. Наистина, геоложките данни показват, че през юрския период (преди 190-130 милиона години) приливите и отливите са били много по-високи и дните са били по-къси. Трябва да се отбележи, че когато разстоянието до Луната намалее 2 пъти, височината на прилива се увеличава 8 пъти. В момента денят се увеличава с 0,00017 s годишно. Така след около 1,5 милиарда години дължината им ще се увеличи до 40 съвременни дни. Един месец ще бъде със същата продължителност. В резултат на това Земята и Луната винаги ще се изправят една срещу друга от една и съща страна. След това Луната ще започне постепенно да се приближава до Земята и след още 2-3 милиарда години ще бъде разкъсана от приливни сили (ако, разбира се, до този момент Слънчевата система все още съществува).
Влияние на Луната върху приливите
Нека разгледаме, следвайки Нютон, по-подробно приливите и отливите, причинени от привличането на Луната, тъй като влиянието на Слънцето е значително (2,2 пъти) по-малко.
Нека напишем изрази за ускоренията, причинени от привличането на Луната за различни точки на Земята, като вземем предвид, че за всички тела в дадена точка на пространството тези ускорения са еднакви. В инерционната референтна система, свързана с центъра на масата на системата, стойностите на ускорението ще бъдат:
A A = -GM / (R - r) 2, a B = GM / (R + r) 2, a O = -GM / R 2,
Където а А, един О, а Б— ускорения, причинени от привличането на Луната в точки А, О, б(фиг. 37); М— маса на Луната; r— радиус на Земята; Р- разстоянието между центровете на Земята и Луната (за изчисления може да се приеме равно на 60 r); Ж— гравитационна константа.
Но ние живеем на Земята и извършваме всички наблюдения в референтна система, свързана с центъра на Земята, а не с центъра на масата на Земята - Луната. За да преминете към тази система, е необходимо да извадите ускорението на центъра на Земята от всички ускорения. Тогава
A’ A = -GM ☾ / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 , a’ B = -GM ☾ / (R + r) 2 + GM / R 2 .
Нека изпълним действията в скоби и да вземем предвид това rмалко в сравнение с Ра в суми и разлики може да се пренебрегне. Тогава
A’ A = -GM / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 = GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R - r) 2 = -2GM ☾ r / R 3 .
Ускорение а’АИ а’беднакви по величина, противоположни по посока, всяка насочена от центъра на Земята. Те се наричат приливни ускорения. По точки ° СИ дприливните ускорения са с по-малък магнитуд и са насочени към центъра на Земята.
Приливни ускоренияса ускорения, които възникват в референтна система, свързана с тяло, поради факта, че поради крайните размери на това тяло, различните му части се привличат по различен начин от смущаващото тяло. По точки АИ бускорението на гравитацията се оказва по-малко, отколкото при точки ° СИ д(фиг. 37). Следователно, за да може налягането на същата дълбочина да бъде същото (както в съобщаващите се съдове) в тези точки, водата трябва да се издигне, образувайки така наречената приливна гърбица. Изчисленията показват, че покачването на водата или прилива в открития океан е около 40 см. В крайбрежните води е много по-голямо, а рекордът е около 18 м. Теорията на Нютон не може да обясни това.
На бреговете на много външни морета можете да видите интересна картина: риболовни мрежи са опънати по брега недалеч от водата. Освен това тези мрежи не са монтирани за сушене, а за улов на риба. Ако останете на брега и гледате морето, всичко ще стане ясно. Сега водата започва да се покачва и там, където имаше пясъчен насип само преди няколко часа, се плискат вълни. Когато водата се оттегли, се появиха мрежи, в които заплетени риби искряха с люспи. Рибарите обиколиха мрежите и извадиха улова си. Материал от сайта
Ето как един очевидец описва началото на прилива: „Стигнахме до морето“, ми каза спътник. Огледах се с недоумение. Пред мен наистина имаше бряг: пътека от вълни, полузаровен труп на тюлен, редки парчета дървесина, фрагменти от черупки. И тогава имаше равна шир... и без море. Но след около три часа неподвижната линия на хоризонта започна да диша и се развълнува. И сега морското вълнение започна да блести зад нея. Приливът се търкаляше неконтролируемо напред по сивата повърхност. Изпреварвайки една друга, вълните се сблъскаха с брега. Една след друга далечните скали потънаха - а наоколо се виждаше само вода. Тя хвърля солен спрей в лицето ми. Вместо мъртва равнина, водната шир живее и диша пред мен.”
Когато приливна вълна навлезе в залива, който има фуниевиден план, бреговете на залива сякаш я притискат, което води до увеличаване на височината на прилива няколко пъти. Така в залива Fundy край източното крайбрежие на Северна Америка височината на прилива достига 18 м. В Европа най-високите приливи (до 13,5 метра) се срещат в Бретан близо до град Сен Мало.
Много често в естуарите навлиза приливна вълна
Нивото на повърхността на океаните и моретата се променя периодично, приблизително два пъти на ден. Тези колебания се наричат приливи и отливи. По време на прилив нивото на океана постепенно се повишава и достига най-високата си позиция. При отлив нивото постепенно пада до най-ниското си ниво. При прилив водата тече към бреговете, при отлив - встрани от бреговете.
Приливите и отливите стоят. Те се образуват поради влиянието на космически тела като Слънцето. Според законите на взаимодействие на космическите тела нашата планета и Луната взаимно се привличат. Лунната гравитация е толкова силна, че повърхността на океана сякаш се огъва към нея. Луната се движи около Земята, а приливна вълна „бяга“ зад нея през океана. Когато вълна достигне брега, това е приливът. Ще мине малко време, водата ще последва Луната и ще се отдалечи от брега - това е отливът. По същите универсални космически закони от привличането на Слънцето се образуват и приливи и отливи. Приливната сила на Слънцето обаче, поради разстоянието му, е значително по-малка от лунната и ако нямаше Луна, приливите и отливите на Земята щяха да бъдат 2,17 пъти по-малко. Обяснението на приливните сили е дадено за първи път от Нютон.
Приливите се различават един от друг по продължителност и величина. Най-често през деня има два прилива и два отлива. По дъгите и бреговете на Източна и Централна Америка има един прилив и един отлив на ден.
Големината на приливите е дори по-разнообразна от техния период. Теоретично един лунен прилив е равен на 0,53 м, слънчевият - 0,24 м. Така най-големият прилив трябва да има височина 0,77 м. В открития океан и близо до островите стойността на прилива е доста близка до теоретичната: на Хавайските острови Острови - 1 m , на остров Св. Елена - 1,1 m; на островите - 1,7 м. На континентите величината на приливите варира от 1,5 до 2 м. Във вътрешните морета приливите са много незначителни: - 13 см, - 4,8 см. Счита се за безотливни, но близо до Венеция приливите са до 1 м. Най-големите приливи са следните, регистрирани в:
В залива Fundy () приливът достигна височина от 16-17 м. Това е най-високият прилив в цялото земно кълбо.
На север, в Пенжинския залив, височината на прилива достигна 12-14 м. Това е най-високият прилив край бреговете на Русия. Горните данни за приливите обаче са по-скоро изключение, отколкото правило. В по-голямата част от точките за измерване на нивото на приливите и отливите те са малки и рядко надвишават 2 m.
Значението на приливите е много голямо за морското корабоплаване и изграждането на пристанища. Всяка приливна вълна носи огромно количество енергия.