Lumea fizicii Forțele mareelor
Sven Titz, Hermann-Friedrich Wagner 22 martie 2007
Când apa se retrage încet pe plajă, luna are mâna invizibilă în joc - fiecare copil știe asta. Dar modul în care înălțimea și durata mareelor apar în detaliu poate fi explicat doar prin interacțiunea forțelor de atracție dintre pământ și lună și între pământ și soare. Înclinarea axei terestre, înclinația orbitei terestre către orbita lunii și geografia influențează, de asemenea, mareele.
Fenomenul de bază, însă, are loc între pământ și lună. Forța gravitațională a lunii atrage materia planetei. Deoarece puterea acestei forțe se diminuează odată cu distanța, apar mareele.
Pe latura pământului care se confruntă cu luna, forța gravitațională pe care o exercită asupra pământului este puțin mai mare decât în centrul pământului. Crusta terestră abia cedează acestei diferențe de forțe, dar apa oceanelor urmează tragerea gravitației lunare - apa se deplasează spre lună și formează un munte de inundații.
Dar pe partea opusă a pământului este exact opusul. Acolo atracția lunii este puțin mai mică decât în centrul pământului. De aceea, apa de acolo pierde pământul sub ea, ca să spunem așa, și nivelul mării crește - apa se îndepărtează de lună și formează un al doilea munte de inundații.
Cu toate acestea, cei doi munți inundați nu au exact aceeași dimensiune. Deoarece forța care determină adunarea unei maree mari este cu șapte la sută mai puternică pe latura orientată spre Lună decât pe cea din spate. Această diferență se datorează faptului că gradientul forței gravitaționale - gradul schimbării sale spațiale - depinde neliniar de distanță: puterea gradientului este invers proporțională cu cubul distanței dintre două mase (în timp ce forța însăși este invers proporțională cu pătratul).
În zonele dintre cei doi munți de inundații există reflux, adică apă scăzută, deoarece de acolo apa este „trasă” în zonele de inundații.
Forța centrifugă a pământului nu joacă, de asemenea, un rol pentru fluxul și refluxul în raport cu sistemul pământ-lună? Este încă adesea folosit pentru a explica cel de-al doilea munte de inundații de pe partea îndepărtată de lună. Dar luarea în considerare a forței centrifuge face doar explicația mai complicată, fără ca forța centrifugă să fie importantă pentru crearea mareelor (a se vedea caseta de informații).
Influența rotației pământului
Mișcarea proprie a pământului, adică rotația pământului în jurul său, este extrem de importantă pentru maree așa cum le percepem - fără rotația pământului, valul și refluxul nu s-ar mișca pe suprafața pământului, ci ar fi fixate într-un singur loc. Dar, deoarece luna se rotește în jurul pământului în 27,3 zile, adică de 27,3 ori mai lent decât pământul din jurul său, suprafața pământului se îndepărtează constant în direcția estică sub munții de inundații și văile de reflux. Munții inundațiilor se mișcă astfel în direcția vestică în jurul pământului.
Combinarea auto-rotației cu rotația combinată a pământului și lunii înseamnă că nu durează exact 24 de ore până când același punct de pe glob se confruntă din nou cu luna și are astfel un munte de inundație, dar puțin mai lung: 24 de ore și 50 de minute. O maree - adică intervalul de timp dintre mare și mare sau între reflux și reflux - este la jumătate mai lungă: durează 12 ore și 25 de minute fiecare.
Fără maree de primăvară fără soare
Nipptide și Springtide
Pentru a înțelege fenomenul fluxului și refluxului, pe lângă lună, trebuie luată în considerare influența celuilalt însoțitor cosmic apropiat. Deoarece steaua centrală influențează mareele prin forța gravitațională într-un mod similar cu luna - deși mai puțin puternic. Tragerea gravitațională pe care soarele o exercită asupra pământului este de aproximativ 200 de ori mai mare decât cea a lunii datorită masei mari a soarelui, dar pentru că soarele este de aproximativ 400 de ori mai departe de pământ decât luna, forța mareelor este soarele. (gradientul forței lor gravitaționale) mai mic decât cel al lunii. Deoarece gradientul de gravitație cade mai repede cu distanța decât forța. De aceea, forța solară a mareelor este de numai 46% în comparație cu satelitul nostru.
În funcție de modul în care sunt poziționate soarele, luna și pământul unul față de celălalt, soarele fie întărește, fie slăbește mareele. Cele două constelații în care toate cele trei corpuri cerești sunt pe o linie, adică luna nouă și luna plină, sunt deosebit de importante. Apoi efectele de maree ale soarelui și lunii se intensifică și există maree de primăvară, cu un munte de maree deosebit de ridicat și un reflux deosebit de scăzut (a se vedea articolul din „Fizica din spatele lucrurilor” de la marea de primăvară). Pe de altă parte, în cazul unei jumătăți de lună, ambele influențe se compensează parțial. Există nippptide cu maree slabe pronunțate înalte și joase.
Mareele și coasta
Oricine a călătorit deja pe câteva coaste ale lumii știe, desigur, că mareele nu sunt la fel de puternice peste tot. În Marea Mediterană, intervalul de maree este abia vizibil în unele locuri, în timp ce diferența dintre maree și maree în Marea Nordului este de câțiva metri. Cauza acestor diferențe se găsește în geografie.
Distribuția continentelor singure creează obstacole și afectează astfel mișcările apei. Adâncimea și forma oceanelor afectează, de asemenea, mareele. Din punct de vedere al fizicii, avem de-a face cu un sistem de vibrații forțate în bazinele de apă interconectate din întreaga lume. În funcție de condițiile geografice, acest lucru poate duce chiar la fenomene de rezonanță, care afectează gama mareelor. Mările marginale mici de pe platoul continental (rafturile continentale), cum ar fi Marea Nordului, sunt cuplate la aceste vibrații. Ca urmare, puterea mareelor în astfel de zone ale pământului este adesea generată în mare măsură de aceste vibrații.
Cum afectează poziția lunii mareele
În mijlocul oceanelor mari, cum ar fi Pacificul, intervalul mareelor nu atinge nici măcar un metru. Mareele puternice sunt observate numai în apropierea coastelor continentului. Pe măsură ce adâncimea apei scade, viteza mișcării mareelor scade - dar, în același timp, gama mareelor crește. Forma litoralului are, de asemenea, o influență puternică asupra formării locale a mareelor. Acest lucru poate duce la fluctuații ale diferențelor de maree de la câțiva centimetri la peste zece metri. Golful Fundy din estul Canadei deține recordul, unde diferența dintre maree și maree este de până la paisprezece metri.
Cum înclinarea pământului distorsionează fluxul și refluxul
Explicația mareelor devine puțin mai complicată atunci când considerați că axa pământului este înclinată și orbita lunară este înclinată față de orbita terestră. Acest lucru provoacă asimetrii la flux și reflux. Deoarece munții inundațiilor sunt întotdeauna pe linia de legătură pământ-lună, dar această linie nu conduce neapărat prin ecuator. Luna se poate deplasa până la 28,7 grade de la ecuatorul ceresc pe traiectoria sa peste cer. Prin urmare, munții inundațiilor își schimbă periodic poziția la ecuator.