Влияние Луны на океанические течения
Владимир Ерашов
Вначале очень смелое утверждение:
океанические течения — это результат деятельности лунных приливов.
Далее приведем обоснование. Когда прилив входит в узкое горлышко бухты возникает сильное течение. Это вполне естественно. Чтобы уровень воды в бухте поднялся, она должна туда втечь. А если прилив входит в залив и поднимает там уровень воды? Вода втекает в залив? Или это может произойти каким-то другим образом? По-видимому, есть один только естественный ответ: да, втекает. А когда вследствие лунного прилива в одной части океана уровень воды повышается, то понижается в другой. Это связано с перемещением водных масс? Двух мнений быть не может. Если мы признаем закон сохранения материи, то должны признать, что какая-то часть воды переместилась из одной части океана в другую. Далее приведем некоторые широко известные из литературы сведения о лунных приливах. Лунный прилив является очень длинной волной, скорость ее распространения в океане зависит от глубины океана, чем глубже океан, тем выше скорость, для глубины океана в 11000 м скорость волны равна примерно 1100 км/ час. С такой скоростью волна обежит Земной шар по экватору за 36 часов, т.е. с большим отставанием от видимого движения Луны. Реальное отставание приливной волны в некоторых точках Земного шара достигает величины даже в несколько суток. Как же отставание приливной волны отражается на движении водных масс в океане? Оказывается, самым существенным образом. Луна, обогнав фронт собственной волны, начинает с помощью горизонтальной составляющей силы притяжения тянуть за собой горб этой волны, создавая интенсивное поверхностное течение по направлению движения Луны. Почему же интенсивное течение развивается только в горбе волны, тогда как горизонтальная составляющая притяжения Луны действует на всю толщу океана с одинаковой силой? Дело в том, что на глубине существует огромное сопротивление любым перемещениям: чтобы куда-то двигаться, нужно пробить себе дорогу, растолкать соседей. И в горбе скорость перемещения водных слоев растет от подошвы к его вершине. Это утверждение можно пояснить следующим мысленным экспериментом. Представьте себе стопку листов картона на ровной плоскости. Начинаем тянуть за нижний лист — движется вся стопка, начинаем дополнительно тянуть за второй лист от низа — вышележащая стопка опережает нижний лист, который продолжает двигаться с прежней скоростью. Если одновременно с одинаковой силой тянуть за все листы сразу, то быстрее всех будет двигаться верхний лист; медленнее верхнего листа, но быстрее остальных движется второй по счету от верха лист, третий уступает первому, второму, но опережает прочие и т. д. Таким образом скорость движения листа определяется его положением в стопке: чем ниже находится лист, тем меньше его скорость. Чтобы легче осмыслить предыдущие рассуждения, позволим себе еще одно сравнение. Мы едем в поезде, при этом нам не надо тратить собственную энергию на передвижение, нас везет поезд. Собственную энергию мы начнем тратить только тогда, когда пойдем по вагонам, т. е. будем перемещаться относительно поезда. Вот так и с картоном, каждый нижележащий лист является “поездом для вышележащих. Далее вернемся от стопки с картоном к приливной волне. Но нам теперь уже не сложно горб этой волны мысленно представить в виде стопки водных слоев, по аналогии со стопкой картона, и теперь понятно, почему Луна, опережая приливную волну, создает сильное именно поверхностное течение. Достигнув противоположного берега океана, приливная волна должна отразиться и повернуть назад. Но здесь вступает в действие еще один фактор: т.к. высота приливной волны убывает по фронту по мере удаления от центральной оси в одну и другую стороны, то этот перепад высот приводит к возникновению течения в сторону более низкого потенциала. Отраженная волна не может сохранять форму прямой приливной волны, потому что поле сил, придающее волне именно такую форму, ушло вместе с Луной. Вот и возникают вместо отраженной волны два циркуляционных вихря, закрученные в противоположные стороны.
Если быть более точным, то следует отметить, что приливная волна частично начала расползаться до того момента как дошла до берега. Убегая вперед, Луна ослабляет поле действия своих сил на приливную волну, что заставляет приливное течение расползаться вправо и влево от оси симметрии, при набегании на берег процесс интенсифицируется.
Почему же до сих пор ученые считают, что ответственными за создание морских течений являются ветра, преобладающие над этим районом? Ответ на этот вопрос заключается в следующем. Лунные приливы на океан и атмосферу Земли действуют аналогичным образом, поэтому большую часть выше приведенных рассуждений можно отнести не только к океану, но и к атмосфере, а следовательно и к ветрам. Поэтому нет ничего удивительного в том, что направление океанических течений и атмосферных течений, т. е. ветров, как правило, совпадают. Хотя не следует забывать о том, что если по значимости влияния на океанические течения Луна играет первостепенную роль, а роль Солнца вторична, то в атмосферных течениях роль Солнца первична, а Луны вторична. Это следует из того, что атмосферные течения теснейшим образом связаны с конвективными переносами тепла солнечной радиации. Действие же приливных сил лунного и солнечного тяготений по степени значимости влияния на атмосферные циркуляционные процессы стоят после конвективных. Этим пока и ограничим разговор об атмосферных циркуляционных процессах и вернемся к океаническим течениям.
Выше изображена схема приложения сил лунного притяжения просто к тору земной поверхности (левый рисунок) и к тору земной поверхности, на которой находится подвижный предмет (правый рисунок). Если в первом варианте силы лунного притяжения не могут привести тор в движение, а могут только его деформировать, что мы и наблюдаем при лунных приливах, то во втором варианте силы лунного притяжения заставят подвижный предмет скользить по поверхности тора, а чтобы момент количества движения сохранился, сам тор немного раскрутится навстречу предмету. Если подразумевать под подвижным предметом горб приливной волны, то сразу становится понятным механизм приливного течения. Парадоксальность ситуации состоит только в том, что пара сил симметрична, и она как бы должна сдвинуть предмет сначала в одну сторону, а затем вернуть в исходное место. Все правильно, так происходит, когда подвижность предмета не меняется при действии приливной силы сначала одного направления, а затем обратного. Но если, например, корабль стоял на якоре до тех пор, пока луна не зависла над кораблем, а затем с якоря снялся, то приливная сила его переместит на значительное расстояние и никогда не вернет в исходную точку. Так можно даже совершать кругосветные путешествия, то вставая на якорь, то снимаясь, лишь бы эти действия были синхронизированы с действием приливных сил. А вот пример из жизни на эту тему: на побережье океана, где приливы и отливы достаточно сильны, запрещено купаться во время отливов — унесет в океан. Осталось только напомнить, что приливная волна создается в центре конуса гравитационных сил, и далее, когда Луна обгоняет собственную волну, то на гребень волны действует тангенциальная составляющая гравитационных сил одного направления. Это и создает приливное океаническое течение.
Работа опубликована в газете “Время” за 15 марта 2006 г.
Источник
Притяжение Луны
Например, люди стали верить, что в полнолуние грунтовые воды поднимаются ближе к поверхности и это способствует росту растений. Другая форма этого поверья объясняла поведение лунатиков тем, что Луна притягивает кровь в жилах, от этого кровь приливает к голове и нарушает рассудок.
В действительности Луна притягивает не только воду, но и любые объекты — по закону всемирного тяготения Ньютона. Согласно этому закону, сила притяжения довольно быстро убывает с расстоянием. Среднее расстояние до Луны составляет 384 000 километров. Диаметр Земли — 12 700 километров. Это значит, что одна сторона Земли примерно на 3% ближе к Луне, чем противоположная. По закону тяготения ближняя к Луне сторона Земли притягивается Луной примерно на 7% сильнее, чем дальняя. Для Земли это означает, что на нее действует сила, стремящаяся вытянуть земной шар вдоль оси Луна—Земля. Эта сила получила название приливной силы.
Под действием приливной силы весь земной шар немного деформируется. Со стороны Луны и с противоположной стороны возникают небольшие горбы, а по бокам земная кора, наоборот, немного опускается. На экваторе высота этих твердотельных приливов составляет около полуметра. В более высоких широтах она убывает. За счет вращения Земли вокруг своей оси приливные волны движутся по поверхности Земли, обходя ее примерно за 25 часов (лишний час связан с движением Луны по орбите). За это время в каждой точке Земли дважды происходит прилив и отлив.
Твердотельные приливы трудно заметить, поскольку земная кора поднимается и опускается в масштабах целых континентов. Измерить их удалось только благодаря новым астрономическим и космическим технологиям во второй половине XX века. Например, система глобального позиционирования GPS (система определения местоположения объектов, основанная на использовании искусственных спутников Земли) в принципе позволяет отследить движения земной коры с точностью до сантиметров, а лазерная локация спутников — с точностью до миллиметров.
Приливы в океанах вызваны той же самой приливной силой. В открытом океане высота приливной волны примерно такая же, как в земной коре — 30-60 сантиметров. Но морская вода, в отличие от земной коры, подвижна. Поэтому с приближением к берегу высота приливной волны растет. В узких заливах она может подниматься на 10 метров и более.
Приливные деформации объясняют множество явлений. Подробнее о них можно прочитать в брошюре В. Сурдина «Пятая сила», выпущенной издательством МЦНМО.
Источник
Почему приливы и отливы случаются дважды в сутки, хотя Луна одна? Объяснение, иллюстрации и видео
Явление приливов и отливов на береговой линии издавна волновало умы ученых. Выдвигались различные предположения, но еще древние римляне заметили связь между масштабами данных явлений и лунными фазами. Рассмотрим механизм возникновения приливов и отливов, почему они происходят дважды в сутки.
Особенности взаимодействия Земли и Луны
Сила, вызывающая приливы и отливы – гравитация. На Землю действуют два тела, способных вызывать приливные волны – Луна и Солнце. Не смотря на то, что сила притяжения Солнца в двести раз превышает таковую у Луны, именно наша ближайшая соседка – основная причина большой и малой воды (как принято называть эти явления).
Проходя над поверхностью океана, Луна притягивает часть воды, создавая своеобразный «горб». Непосредственно посреди водной глади данное явление почти не прослеживается. Но на линии побережья вода отходит от берегов, вызывая отлив.
Влияния положения Луны на приливы
Продолжая вращение, Луна перемещается над сушей. Освобожденная вода возвращается под действием силы тяжести планеты, обрушиваясь на берег. С противоположной стороны, вода привлекается гравитацией луны на побережье, вызывая аналогичное явление.
Но все гораздо сложнее, чем принято считать. Дело в том, что наш спутник не просто вращается вокруг Земли, а ответно влияет на траекторию перемещения нашей планеты. Два этих небесных тела – сложная система двух взаимодействующих объектов, вращающихся вокруг единой условной точки.
Указанный центр масс расположен внутри земной поверхности на расстоянии 4,7 тыс. км от центра планеты.
Центр масс системы Земля — Луна расположен внутри земного шара, но смещен на 4700 км от его центра (рисунок условный, масштаб не соблюден)
Почему приливы и отливы случаются дважды в сутки?
В результате описанного выше явления, приливная волна проходит по водной поверхности планеты одновременно с двух противоположных сторон:
- с одной – под силой притяжения Луны;
- с другой (уступающей в интенсивности процесса) – центробежной силой, связанной с вращением Земли вокруг общего центра масс.
По этой причине приливов и следующих за ними отливов происходит два, на противоположных частях земного шара. Водная поверхность планеты, в связи с особенностями воздействия гравитации спутника, приобретает форму эллипса, длинной осью повернутого к Луне.
Частота наступления большой воды соответствует лунным циклам.
Приливные волны вызываются двумя основными факторами:
- суточным вращением планеты;
- форма Земли, близкая к шару, превращается в эллипсоид за счет деформации водной поверхности.
Если убрать одно из перечисленных условий, приливы и отливы исчезнут. Дополнительное влияние оказывают океанские течения, лунные фазы и другие, менее значительные факторы.
Что, кроме Луны, влияет на силу приливов и отливов
Кроме Луны приливы и отливы вызывает Солнце. Но высота волны от воздействия центрального тела Солнечной системы ничтожно мало и проявляется незначительно. Светило притягивает нашу планету с силой в двести раз превышающей гравитацию Луны. Но поскольку расстояния от Земли до этих небесных тел несопоставимы, на величину воздействия решающее значение оказывает неоднородность структуры гравитационного поля. С удалением от притягивающего объекта сила уменьшается по мере увеличения взаимной дистанции между объектами.
Но если Луна и Солнце располагаются на одной линии по отношению к Земле, приливы и отливы происходят с большей силой, чем когда два этих тела находятся под углом девяносто градусов к нашей планете, друг относительно друга. Научные термины таких приливных волн соответственно:
- квадратурные – наименьшие;
- сигизийные – при полной и новой Луне.
Наибольшие приливы на планете происходят в широтах, ближе других расположенных к нашей небесной соседке. Высота приливных волн в бухте Фанди на атлантическом побережье Канады достигает восемнадцати метров, в редкие дни снижаясь до пятнадцати. В России наибольшие приливы отмечаются на Дальнем Востоке – побережье Охотского моря.
Приливные явления характеризуются большими масштабами в океанах, по сравнению с замкнутыми водоемами небольших размеров. В Балтийском и Черном море приливы практически незаметны.
Кроме влияния на водную поверхность в океанах, данные природные явления вызывают сход воды из рек и в обратном направлении, создавая приливно-отливные течения.
Приливы и отливы – удивительное явление природы, объясняемое гравитационным притяжением земного спутника и частично – Солнца. Приливные волны отмечаются дважды в сутки за счет центробежной силы, в дополнение к притяжению Луны, вызывающей обратный горб на обратной стороне планеты.
Интересное видео о приливах и отливах
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник