Dejavniki, ki vplivajo na plimovanje

Vsebina

• Newton je razložil sililno silo glede na težo
• Razlog obstaja dve visoki oseki na dan
• Učinki lunine orbite
• Sonce vpliva tudi na plimovanje
• Plime v resničnem svetu oceanskih bazenov
• Plime vplivajo tudi vremenski in geološki dogodki

Vzpon in padec plimovanja močno vpliva na življenje na planetu Zemlja. Dokler obstajajo obalne skupnosti, ki so od morja odvisne od preživljanja, so ljudje svoje dejavnosti nabiranja hrane uskladili s plimovanjem. Morske rastline in živali so se na številne iznajdljive načine prilagodile cikličnemu izlivu in toku.

Gravitacija povzroči plimovanje, cikel plimovanja pa ni sinhroniziran z gibanjem katerega koli nebeškega telesa. Lahko si predstavljamo, da lune, ki vplivajo na oceane, na Zemlji plimajo, vendar je bolj zapleteno kot to. Sonce vpliva tudi na plimovanje.

Tudi drugi planeti, kot sta Venera in Jupiter, izvajajo gravitacijske vplive, ki imajo minimalen učinek. Vse te vplive združite skupaj in tudi ne morejo razložiti dejstva, da ima katera koli točka na Zemlji dve visoki plimi na dan. Ta razlaga zahteva razumevanje, kako Zemlja in Luna krožita okoli sebe.

Idealizacija je, da se plimovanje šteje za rezultat samo gravitacijskih sil. Vremenski vzorci na Zemlji, skupaj s strukturo površine planetov, vplivajo tudi na gibanje vode v njenih oceanskih bazenih. Meteorologi morajo vse te dejavnike upoštevati pri napovedovanju plimovanja za določen kraj.

Newton je razložil sililno silo glede na težo

Ko pomislite na sir Isaaca Newtona, si lahko zamislite znano podobo angleškega fizika / matematika, ki ga pada v glavo s padajočim jabolkom. Slika vas opominja, da je Newton, ki izhaja iz dela Johannesa Keplerja, formuliral Zakon univerzalnega gravitacije, ki je bil velik preboj v našem razumevanju vesolja. Ta zakon je uporabil za razlago plimovanja in ovrgel Galileo Galilei, ki je verjel, da so plimi izključno posledica gibanja Zemlje okoli sonca.

Newtonov zakon gravitacije je izhajal iz tretjega zakona Keplersa, ki pravi, da je kvadrat vrtenja planetov sorazmeren kocki njegove oddaljenosti od sonca. Newton je to posplošil za vsa telesa v vesolju, ne le za planete. Zakon določa, da za katera koli množična telesa m₁ in m₂, ločeni z razdaljo r, gravitacijska sila F med njimi poda:

F = Gm₁m₂/ r²

kje G je gravitacijska konstanta.

To takoj pove, zakaj ima Luna, ki je toliko manjša od sonca, več vpliva na plimovanje Zemlje. Razlog je v tem, da je bližje. Gravitacijska sila se spreminja neposredno s prvo močjo mase, obratno pa z drugo močjo razdalje, zato je ločitev med dvema telesoma pomembnejša od njihove mase. Kot kaže, je vpliv sonca na plimovanje približno polovica lune.

Drugi planeti, ki so manjši od sonca in bolj oddaljeni od Lune, imajo zanemarljive učinke na plimovanje. Učinek Venere, ki je Zemlji najbližji planet, je 10.000-krat manjši od sonca in lune skupaj. Jupiter ima še manjši vpliv - približno desetino Venere.

Razlog obstaja dve visoki oseki na dan

Zemlja je toliko večja od lune, da se zdi, da Luna kroži okoli nje, resnica pa je, da krožijo okoli skupnega središča, znanega kot baricenter. Pod zemeljsko površino je približno 1.068 milj na črti, ki sega od središča Zemlje do središča Lune. Vrtenje Zemlje okoli te točke ustvarja centrifugalno silo na površini planeta, ki je enaka v vsaki točki na njeni površini.

Centrifugalna sila je tista, ki potisne telo stran od središča vrtenja. toliko, ko voda odteče z vrteče se brizgalne glave. Naključna točka - točka A - na strani Zemlje, ki je obrnjena proti Luni, se gravitacija lun čuti najmočneje, gravitacija pa se kombinira s centrifugalno silo, da ustvari visoko plimovanje.

Vendar se je 12 ur kasneje Zemlja obrnila in usmerila A je na najbolj oddaljeni Luni. Zaradi povečanja oddaljenosti, ki je enak premeru Zemlje (skoraj 8000 milj ali 12 874 km), točka A doživi najšibkejšo lunarno gravitacijsko privlačnost, vendar je centrifugalna sila nespremenjena, rezultat pa je druga visoka plimovanje.

Znanstveniki to grafično prikazujejo kot podolgovat mehurček vode, ki obdaja Zemljo. Njegova idealizacija je, ker domneva, da je Zemlja enakomerno pokrita v vodi, vendar omogoča izvedljiv model območja plimovanja zaradi gravitacije lune.

V točkah, ločenih od osi Zemlja-Luna za 90 stopinj, je normalna komponenta gravitacije lune dovolj za premagovanje centrifugalne sile in izboklina se splošči. To ravnanje ustreza nizkim plimam.

Učinki lunine orbite

Namišljena izboklina, ki obdaja Zemljo, je približno elipsa s pol-glavno osjo vzdolž črte, ki povezuje središče Zemlje s središčem Lune. Če bi Luna v svoji orbiti stala, bi vsaka točka na Zemlji vsak dan doživljala visoke plime in oseke, vendar Luna ne miruje. Vsak dan se premika za 13,2 stopinje glede na zvezde, zato se spremeni tudi usmeritev glavne osi izbokline.

Ko točka na glavni osi izbokline dokonča vrtenje, se je glavna os premaknila. Zemlji je potrebno približno 4 minute, da se vrti skozi eno stopinjo, glavna os pa se je premaknila za 13 stopinj, tako da se mora Zemlja vrteti še dodatnih 53 minut, preden se bo točka vrnila na glavno os izbokline. Če bi orbitalni premiki lune bili edini dejavnik, ki je vplival na plimovanje (opozorilo o spojlerju: ni), bi se priliv plimovanja vsak dan zgodil 53 minut za točko na ekvatorju.

Na čas plimovanja in na višino vode vplivata še dva faktorja na plimovanje.

Sonce vpliva tudi na plimovanje

Gravitacija sonca ustvarja drugo izboklino v namišljenem mehurčku, ki obdaja Zemljo, njegova os pa vzdolž črte, ki Zemljo povezuje s soncem. Osa napreduje za približno 1 stopinjo na dan, ko sledi sončnemu navideznemu položaju na nebu in je približno za polovico podolgovata kot mehurček, ki ga ustvari gravitacija lune.

V teoriji ravnotežja plimovanja, ki povzroča model plimovanja mehurčkov, bi moral napihnjenost mehurčka, ki ga ustvarja gravitacija lune, in tiste, ki ga ustvarja gravitacija soncev, zagotoviti način, ki napoveduje vsakodnevne plime v katerem koli kraju.

Vendar stvari niso tako preproste, saj Zemljo ni zajel velikanski ocean. Ima kopne mase, ki tvorijo tri oceanske kotline, povezane s precej ozkimi prehodi. Vendar gravitacija sonca vseeno kombinira z luno, da ustvari dvomesečne vrhove v višinah plimovanja po vsem svetu.

Pomladne plime in oseke: Pomladne plime nimajo ničesar s pomladnim letom. Pojavijo se ob mladi luni in polni luni, ko sta sonce in luna poravnana z Zemljo. Gravitacijski vplivi teh dveh nebesnih teles se združujejo, da nastanejo nenavadno visoke plimovalne vode.

Spomladanske plime se v povprečju zgodijo vsaka dva tedna. Približno en teden po vsaki pomladni plimi je os Zemlje in Lune pravokotna na os Zemlja-sonce. Gravitacijski učinki sonca in lune se medsebojno odpovedujejo, plimovanje pa je nižje kot običajno. Ti so znani kot mlake plime.

Plime v resničnem svetu oceanskih bazenov

Poleg treh glavnih oceanskih bazenov - Tihega, Atlantskega in Indijskega oceana - obstaja še nekaj manjših porečij, kot so Sredozemsko morje, Rdeče morje in Perzijski zaliv. Vsaka posoda je kot posoda, in kot lahko vidite, ko kozarec nagnete naprej in nazaj, voda teče med stenami posode.Voda v vsakem od svetovnih bazenov je naravno nihala, kar lahko spremeni gravitacijsko silo sonca in lune.

Obdobje Tihega oceana je na primer 25 ur, kar nam pomaga razložiti, zakaj je v mnogih delih Tihega oceana na dan le en visok plima. Obdobje Atlantskega oceana je na drugi strani 12,5 ur, tako da sta v Atlantiku na splošno dve visoki plimi na dan. Zanimivo je, da sredi velikih vodnih bazenov pogosto ni plimovanja, ker se zaradi naravnega nihanja vode na sredini porečja nahaja ničelna točka.

Plime so ponavadi večje v plitki vodi ali vodi, ki vstopa v zaprt prostor, kot je zaliv. Zaliv Fundy v kanadskih obmorskih krajih doživlja največ plimovanja na svetu. Oblika zaliva ustvarja naravno nihanje vode, ki tvori resonanco z nihanjem Atlantskega oceana, da se ustvari višinska razlika skoraj 40 čevljev med visoko in nizko plimovanje.

Plime vplivajo tudi vremenski in geološki dogodki

Pred sprejetjem imena cunami, kar na Japonskem pomeni "velik val", so oceanografi včasih označevali velike premike vode, ki sledijo potresom in orkanom kot plimovanje. To so v bistvu udarni valovi, ki potujejo skozi vodo, da na obali ustvarijo uničujoče veliko vode.

Vztrajni močni vetrovi lahko pripeljejo vodo do obale in ustvarijo visoke plime, znane kot sunki. V obalnih skupnostih so ti naleti največji vpliv tropskih neviht in orkanov.

Tudi to lahko deluje drugače. Močni vetrovi na morju lahko potisnejo vodo v morje in ustvarijo nenavadno nizke plime. Velike nevihte se ponavadi pojavljajo na območjih nizkega zračnega tlaka, ki se imenujejo depresije. Ti sunki zraka iz visokotlačnih zračnih mas vstopajo v te vdolbine, sunki pa poganjajo vodo.