Проливы и отливы. Что такое прилив и отлив? Особенности, описание и интересные факты

Британский фотограф Майкл Мартин (Michael Marten) создал серию оригинальных снимков, фиксирующих побережье Бритаиии в одинаковых ракурсах, но в разное время. Один снимок во время прилива, а второй во время отлива.

Получилось весьма необычно, а положительные отзывы о проекте, буквально вынудили автора заняться выпуском книги. Книга, получившая название «Sea Change», увидела свет в августе этого года и была выпущена на двух языках. На создание своей внушительной серии снимков, у Майкла Мартина (Michael Marten) ушло порядка восьми лет. Время между большой и малой водой составляет в среднем немногим более шести часов. Поэтому, Майклу приходится в каждом месте задерживаться дольше, чем просто время нескольких щелчков затвора.

1. Идея создания серии таких работ вынашивалась автором давно. Он искал, как реализовать на пленке изменения природы, без воздействия человека. И нашел случайно, в одной из приморских шотландских деревушек, где провел весь день и застал время прилива и отлива.

3. Периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле называются приливы и отливы.

Самый высокий уровень воды, наблюдаемый за сутки или половину суток во время прилива, называется полной водой, самый низкий уровень во время отлива – малой водой, а момент достижения этих предельных отметок уровня – стоянием (или стадией) соответственно прилива или отлива. Средний уровень моря – условная величина, выше которой расположены отметки уровня во время приливов, а ниже – во время отливов. Это результат осреднения больших рядов срочных наблюдений.

Вертикальные колебания уровня воды во время приливов и отливов сопряжены с горизонтальными перемещениями водных масс по отношению к берегу. Эти процессы осложняются ветровым нагоном, речным стоком и другими факторами. Горизонтальные перемещения водных масс в береговой зоне называют приливными (или приливо-отливными) течениями, тогда как вертикальные колебания уровня воды – приливами и отливами. Все явления, связанные с приливами и отливами, характеризуются периодичностью. Приливные течения периодически меняют направление на противоположное, в отличии от них океанические течения, движущиеся непрерывно и однонаправленно, обусловлены общей циркуляцией атмосферы и охватывают большие пространства открытого океана.

4. Приливы и отливы циклически чередуются в соответствии с изменяющейся астрономической, гидрологической и метеорологической обстановкой. Последовательность фаз приливов и отливов определяется двумя максимумами и двумя минимумами в суточном ходе.

5. Хотя Солнце играет существенную роль в приливо-отливных процессах, решающим фактором их развития служит сила гравитационного притяжения Луны. Степень воздействия приливообразующих сил на каждую частицу воды, независимо от ее местоположения на земной поверхности, определяется законом всемирного тяготения Ньютона.
Этот закон гласит, что две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс обеих частиц и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. При этом подразумевается, что чем более масса тел, тем больше возникающая между ними сила взаимного притяжения (при одинаковой плотности меньшее тело создаст меньшее притяжение, чем большее).

6. Закон также означает, что чем больше расстояние между двумя телами, тем меньше между ними притяжение. Поскольку эта сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя телами, в определении величины приливообразующей силы фактор расстояния играет значительно б?льшую роль, чем массы тел.

Гравитационное притяжение Земли, действующее на Луну и удерживающее ее на околоземной орбите, противоположно силе притяжения Земли Луной, которая стремится сместить Землю по направлению к Луне и «приподнимает» все объекты, находящиеся на Земле, в направлении Луны.

Точка земной поверхности, расположенная непосредственно под Луной, удалена всего на 6400 км от центра Земли и в среднем на 386 063 км от центра Луны. Кроме того, масса Земли в 81,3 раза больше массы Луны. Таким образом, в этой точке земной поверхности притяжение Земли, действующее на любой объект, приблизительно в 300 тыс. раз больше притяжения Луны.

7. Распространено представление, что вода на Земле, находящаяся прямо под Луной, поднимается в направлении Луны, что приводит к оттоку воды из других мест земной поверхности, однако, поскольку притяжение Луны столь мало в сравнении с притяжением Земли, его было бы недостаточно, чтобы поднять столь огромный вес.
Тем не менее океаны, моря и большие озера на Земле, будучи крупными жидкими телами, свободны перемещаться под действием силы бокового смещения, и любая слабая тенденция к сдвигу по горизонтали приводит их в движение. Все воды, не находящиеся непосредственно под Луной, подчиняются действию составляющей силы притяжения Луны, направленной тангенциально (касательно) к земной поверхности, как и ее составляющей, направленной вовне, и подвергаются горизонтальному смещению относительно твердой земной коры.

В результате возникает течение воды из прилегающих районов земной поверхности по направлению к месту, находящемуся под Луной. Результирующее скопление воды в точке под Луной образует там прилив. Собственно приливная волна в открытом океане имеет высоту лишь 30–60 см, но она значительно увеличивается при подходе к берегам материков или островов.
За счет перемещения воды из соседних районов в сторону точки под Луной происходят соответствующие отливы воды в двух других точках, удаленных от нее на расстояние, равное четверти окружности Земли. Интересно отметить, что понижение уровня океана в этих двух точках сопровождается повышением уровня моря не только на стороне Земли, обращенной к Луне, но и на противоположной стороне.

8. Этот факт тоже объясняется законом Ньютона. Два или несколько объектов, расположенные на разных расстояниях от одного и того же источника тяготения и подвергающиеся, следовательно, ускорению силы тяжести разной величины, перемещаются относительно друг друга, поскольку ближайший к центру тяготения объект сильнее всего притягивается к нему.

Вода в подлунной точке испытывает более сильное притяжение к Луне, чем Земля под ней, но Земля, в свою очередь, сильнее притягивается к Луне, чем вода, на противоположной стороне планеты. Таким образом, возникает приливная волна, которая на обращенной к Луне стороне Земли называется прямой, а на противоположной – обратной. Первая из них всего на 5% выше второй.

9. Благодаря вращению Луны по орбите вокруг Земли между двумя последовательными приливами или двумя отливами в данном месте проходит примерно 12 ч 25 мин. Интервал между кульминациями последовательных прилива и отлива ок. 6 ч 12 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин между двумя последовательными приливами называется приливными (или лунными) сутками.

10. Неравенства величин прилива. Приливо-отливные процессы очень сложны, поэтому, чтобы разобраться в них, необходимо принимать во внимание многие факторы. В любом случае главные особенности будут определяться:
1) стадией развития прилива относительно прохождения Луны;
2) амплитудой прилива и
3) типом приливных колебаний, или формой кривой хода уровня воды.
Многочисленные вариации в направлении и величине приливообразующих сил порождают разницу в величинах утренних и вечерних приливов в данном порту, а также между одними и теми же приливами в разных портах. Эти различия называются неравенствами величин прилива.

Полусуточный эффект. Обычно в течение суток благодаря основной приливообразующей силе – вращению Земли вокруг своей оси – образуются два полных приливных цикла.

11. Если смотреть со стороны Северного полюса эклиптики, то очевидно, что Луна вращается вокруг Земли в том же направлении, в каком Земля вращается вокруг своей оси, – против часовой стрелки. При каждом следующем обороте данная точка земной поверхности вновь занимает позицию непосредственно под Луной несколько позже, чем при предыдущем обороте. По этой причине и приливы и отливы каждый день запаздывают приблизительно на 50 мин. Эта величина называется лунным запаздыванием.

12. Полумесячное неравенство. Этому основному типу вариаций присуща периодичность примерно в 143/4 суток, что связано с вращением Луны вокруг Земли и прохождением ею последовательных фаз, в частности сизигий (новолуний и полнолуний), т.е. моментов, когда Солнце, Земля и Луна располагаются на одной прямой.

До сих пор мы касались только приливообразующего воздействия Луны. Гравитационное поле Солнца также действует на приливы, однако, хотя масса Солнца намного больше массы Луны, расстояние от Земли до Солнца настолько превосходит расстояние до Луны, что приливообразующая сила Солнца составляет менее половины приливообразующей силы Луны.

13. Однако, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой как по одну сторону от Земли, так и по разные (в новолуние или полнолуние), силы их притяжения складываются, действуя вдоль одной оси, и происходит наложение солнечного прилива на лунный.

14. Подобным же образом притяжение Солнца усиливает отлив, вызванный воздействием Луны. В результате приливы становятся выше, а отливы ниже, чем если бы они были вызваны только притяжением Луны. Такие приливы называются сизигийными.

15. Когда векторы силы притяжения Солнца и Луны взаимно перпендикулярны (во время квадратур, т.е. когда Луна находится в первой или последней четверти), их приливообразующие силы противодействуют, поскольку прилив, вызванный притяжением Солнца, накладывается на отлив, вызванный Луной.

16. В таких условиях приливы не столь высоки, а отливы – не столь низки, как если бы они были обусловлены только силой притяжения Луны. Такие промежуточные приливы и отливы называются квадратурными.

17. Диапазон отметок полных и малых вод в этом случае сокращается приблизительно в три раза по сравнению с сизигийным приливом.

18. Лунное параллактическое неравенство. Период колебаний высот приливов, возникающий за счет лунного параллакса, составляет 271/2 суток. Причина этого неравенства состоит в изменении расстояния Луны от Земли в процессе вращения последней. Из-за эллиптической формы лунной орбиты приливообразующая сила Луны в перигее на 40% выше, чем в апогее.

Суточное неравенство. Период этого неравенства составляет 24 ч 50 мин. Причины его возникновения – вращение Земли вокруг своей оси и изменение склонения Луны. Когда Луна находится вблизи небесного экватора, два прилива в данные сутки (а также два отлива) слабо различаются, и высоты утренних и вечерних полных и малых вод весьма близки. Однако с увеличением северного или южного склонения Луны утренние и вечерние приливы одного и того же типа различаются по высоте, и, когда Луна достигает наибольшего северного или южного склонения, эта разница максимальна.

19. Известны также тропические приливы, называемые так из-за того, что Луна находится почти над Северным или Южным тропиками.

Суточное неравенство существенно не влияет на высоты двух последовательных отливов в Атлантическом океане, и даже его воздействие на высоты приливов мало по сравнению с общей амплитудой колебаний. Однако в Тихом океане суточная неравномерность проявляется в уровнях отливов втрое сильнее, чем в уровнях приливов.

Полугодовое неравенство. Его причиной является обращение Земли вокруг Солнца и соответствующее изменение склонения Солнца. Дважды в год в течение нескольких суток во время равноденствий Солнце находится близ небесного экватора, т.е. его склонение близко к 0. Луна также располагается вблизи небесного экватора приблизительно в течение суток каждые полмесяца. Таким образом, во время равноденствий существуют периоды, когда склонения и Солнца и Луны приблизительно равны 0. Суммарный приливообразующий эффект притяжения этих двух тел в такие моменты наиболее заметно проявляется в районах, расположенных вблизи земного экватора. Если в то же самое время Луна находится в фазе новолуния или полнолуния, возникают т.н. равноденственные сизигийные приливы.

20. Солнечное параллактическое неравенство. Период проявления этого неравенства составляет один год. Его причиной служит изменение расстояния от Земли до Солнца в процессе орбитального движения Земли. Один раз за каждый оборот вокруг Земли Луна находится на кратчайшем от нее расстоянии в перигее. Один раз в год, примерно 2 января, Земля, двигаясь по своей орбите, также достигает точки наибольшего приближения к Солнцу (перигелия). Когда эти два момента наибольшего сближения совпадают, вызывая наибольшую суммарную приливообразующую силу, можно ожидать более высоких уровней приливов и более низких уровней отливов. Подобно этому, если прохождение афелия совпадает с апогеем, возникают менее высокие приливы и менее глубокие отливы.

21. Наибольшие амплитуды приливов. Самый высокий в мире прилив формируется в условиях сильного течения в бухте Минас в заливе Фанди. Приливные колебания здесь характеризуются нормальным ходом с полусуточным периодом. Уровень воды во время прилива часто поднимается за шесть часов более чем на 12 м, а затем в течение последующих шести часов понижается на ту же величину. Когда воздействие сизигийного прилива, положение Луны в перигее и максимальное склонение Луны приходятся на одни сутки, уровень прилива может достигать 15 м. Такая исключительно большая амплитуда приливо-отливных колебаний отчасти обусловлена воронкообразной формой залива Фанди, где глубины уменьшаются, а берега сближаются по направлению к вершине залива.Причины возникновения приливов, бывшие предметом постоянного изучения в течение многих столетий, относятся к тем проблемам, которые породили много противоречивых теорий даже в сравнительно недавнее время

22. Ч.Дарвин писал в 1911 г.: “Нет необходимости искать античную литературу ради гротесковых теорий приливов”. Однако морякам удается измерять их высоту и использовать возможности приливов, не имея представления о действительных причинах их возникновения.

Думаю что и нам можно особенно не заморачиваться по поводу причин происхождения приливов. На основании многолетних наблюдений для любой точки акватории земли рассчитываются специальные таблицы в которых указывается время высокой и низкой воды на каждый день. Планирую свою поездку например в Египет, который как раз славится своими не глубокими лагунами, по пробуйте заранее подгадать так чтобы полная вода приходилась на первую половину дня, что позволит большую часть светлого времени полноценно кататься.
Еще один вопрос связанный с приливами интересный для кайтера, это взаимосвязь ветра и колебания уровня воды.

23. Народная примета утверждает что на прилив ветер усиливается а на отлив наоборот скисает.
Более понятно влияние ветра на приливо-отливные явления. Ветер с моря нагоняет воду в сторону берега, высота прилива увеличивается сверх обычной, и при отливе уровень воды тоже превосходит средний. Напротив, при ветре, дующем с суши, вода сгоняется от берега, и уровень моря понижается.

24. Второй механизм действует за счет повышения атмосферного давления над обширной акваторией, происходит понижение уровня воды, так как добавляется наложенный вес атмосферы. Когда атмосферное давление возрастает на 25 мм рт. ст., уровень воды понижается приблизительно на 33 см. Зона высокого давления или антициклон обычно называют хорошей погодой, но только не для кайтера. В центре антициклона штиль. Понижение атмосферного давления вызывает соответствующее повышение уровня воды. Следовательно, резкое падение атмосферного давления в сочетании с ветром ураганной силы способно вызвать заметный подъем уровня воды. Подобные волны, хотя и называются приливными, на самом деле не связаны с воздействием приливообразующих сил и не обладают периодичностью, характерной для приливо-отливных явлений.

Но вполне возможно, что и отливы могут оказывать влияние на ветер, к примеру понижение уровня воды в прибрежных лагунах, ведет к большему прогреву воды, и как следствие к уменьшению разницы температур между холодным морем и нагретой сушей что ослабляет бризовой эффект.

Прилив и отлив

Прили́в и отли́в - периодические вертикальные колебания уровня океана или моря , являющиеся результатом изменения положений Луны и Солнца относительно Земли вкупе с эффектами вращения Земли и особенностями данного рельефа и проявляющееся в периодическом горизонтальном смещении водных масс. Приливы и отливы вызывают изменения в высоте уровня моря, а также периодические течения, известные как прили́вные течения, делающие предсказание приливов важным для прибрежной навигации .

Интенсивность этих явлений зависит от многих факторов, однако наиболее важным из них является степень связи водоёмов с мировым океаном . Чем более замкнут водоём, тем меньше степень проявления приливо-отливных явлений.

Ежегодно повторяющийся приливо-отливной цикл остаётся неизменным вследствие точной компенсации сил притяжения между Солнцем и центром масс планетной пары и силами инерции, приложенными к этому центру.

Поскольку положение Луны и Солнца по отношению к Земле периодически меняется, меняется и интенсивность результирующих приливо-отливных явлений.

Отлив у Сен-Мало

История

Отливы играли заметную роль в снабжении прибрежного населения морепродуктами, позволяя собирать на обнажившемся морском дне годную для еды пищу.

Терминология

Малая вода (Бретань, Франция)

Максимальный уровень поверхности воды во время прилива называется полной водой , а минимальный во время отлива - малой водой . В океане, где дно ровное, а суша далеко, полная вода проявляется как два «вздутия» водной поверхности: одно из них находится со стороны Луны, а другое - в противоположном конце земного шара. Также могут присутствовать ещё два меньших по размеру вздутия со стороны, направленной к Солнцу, и противоположной ему. Объяснение этому эффекту можно найти ниже, в разделе физика прилива .

Так как Луна и Солнце перемещаются относительно Земли, вместе с ними перемещаются и водные горбы, образуя прили́вные волны и прили́вные течения . В открытом море приливные течения имеют вращательный характер, а вблизи берегов и в узких заливах и проливах - возвратно-поступательный.

Если бы вся Земля была покрыта водой, мы бы наблюдали два регулярных прилива и отлива ежедневно. Но так как беспрепятственному распространению приливных волн мешают участки суши: острова и континенты , а также из-за действия силы Кориолиса на движущуюся воду, вместо двух приливных волн наблюдается множество маленьких волн, которые медленно (в большинстве случаев с периодом 12 ч 25,2 мин) обегают вокруг точки, называющейся амфидромической , в которой амплитуда прилива равна нулю. Доминирующая компонента прилива (лунный прилив М2) образует на поверхности Мирового океана около десятка амфидромических точек с движением волны по часовой стрелке и примерно столько же - против часовой (см. карту). Всё это делает невозможным предсказание времени прилива только на основе положений Луны и Солнца относительно Земли. Вместо этого используют «ежегодник приливов» - справочное пособие для вычисления времени наступления приливов и их высоты в различных пунктах земного шара. Также используются таблицы приливов, с данными о моментах и высотах малых и полных вод, вычисленными на год вперёд для основных прили́вных по́ртов .

Составляющая прилива M2

Если соединить на карте точки с одинаковыми фазами прилива, мы получим так называемые котидальные линии , радиально расходящиеся из амфидромической точки. Обычно котидальные линии характеризуют положение гребня приливной волны для каждого часа. Фактически котидальные линии отражают скорость распространения приливной волны за 1 час. Карты, на которых представлены линии равных амплитуд и фаз приливных волн, называются котидальными картами .

Высота прилива - разница между высшим уровнем воды при приливе (полная вода) и низшим её уровнем при отливе (малая вода). Высота прилива - величина непостоянная, однако средний её показатель приводится при характеристике каждого участка побережья.

В зависимости от взаимного расположения Луны и Солнца малая и большая приливные волны могут усиливать друг друга. Для таких приливов исторически сложились специальные названия:

• Квадратурный прилив - наименьший прилив, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют под прямым углом друг к другу (такое положение светил называется квадратурой).
• Сизигийный прилив - наибольший прилив, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют вдоль одного направления (такое положение светил называется сизигией).

Чем меньше или больше прилив, тем меньше или, соответственно, больше отлив.

Самые высокие приливы в мире

Можно наблюдать в бухте Фанди (15,6-18 м), которая находится на восточном побережье Канады между Нью-Брансуиком и Новой Шотландией.

На Европейском континенте самые высокие приливы (до 13,5 м) наблюдаются в Бретани у города Сен-Мало . Здесь приливная волна фокусируется береговой чертой полуостровов Корнуолл (Англия) и Котантен (Франция).

Физика прилива

Современная формулировка

Применительно к планете Земля причиной приливов является нахождение планеты в гравитационном поле, создаваемом Солнцем и Луной. Поскольку создаваемые ими эффекты независимы, то воздействие этих небесных тел на Землю можно рассматривать по отдельности. В таком случае для каждой пары тел можно считать, что каждое из них обращается вокруг общего центра гравитации. Для пары Земля - Солнце этот центр находится в глубине Солнца на расстоянии 451 км от его центра. Для пары Земля-Луна он находится в глубине Земли на расстоянии 2/3 её радиуса.

Каждое из этих тел испытывает действие приливных сил, источником которых являются сила гравитации и внутренние силы, обеспечивающие целостность небесного тела, в роли которых выступает сила собственного притяжения, далее называемая самогравитацией. Наиболее наглядно возникновение приливных сил прослеживается на примере системы Земля - Солнце.

Приливная сила представляет собой результат конкурирующего взаимодействия силы тяготения, направленной к центру гравитации и убывающей обратно пропорционально квадрату расстояния от него, и фиктивной центробежной силы инерции, обусловленной обращением небесного тела вокруг этого центра. Эти силы, будучи противоположными по направлению, совпадают по величине только в центре масс каждого из небесных тел. Благодаря действию внутренних сил Земля обращается вокруг центра Солнца как целое с постоянной угловой скоростью для каждого элемента составляющей её массы. Поэтому по мере удаления этого элемента массы от центра гравитации действующая на него центробежная сила растёт пропорционально квадрату расстояния. Более детальное распределение приливных сил в их проекции на плоскость, перпендикулярную плоскости эклиптики , приведены на рис.1.

Рис.1 Схема распределения приливных сил в проекции на плоскость, перпендикулярную Эклиптике. Тяготеющее тело либо справа, либо слева.

Достигаемое в результате действия приливных сил воспроизводство изменений формы подвергаемого их действию тел может, в соответствие с ньютонианской парадигмой, быть достигнуто лишь в том случае, если эти силы полностью скомпенсированы иными силами, в число которых может входить и сила Всемирного тяготения.

Рис.2 Деформация водной оболочки Земли как следствие баланса приливной силы, силы самогравитации и силы реакции воды на усилие сжатия

В результате сложения этих сил и возникают симметрично по обе стороны земного шара приливные силы, направленные в разные стороны от него. Приливная сила, направленная к Солнцу, имеет гравитационную природу, а направленная от Солнца есть следствие фиктивной силы инерции.

Эти силы крайне слабы и не идут ни в какое сравнение с силами самогравитации (создаваемое ими ускорение в 10 миллионов раз меньше ускорения свободного падения ). Однако они вызывают сдвиг частиц воды Мирового океана (сопротивление сдвигу в воде при малых скоростях движения практически равно нулю, в то время как сжатию - чрезвычайно велико), до тех пор, пока касательная к поверхности воды не станет перпендикулярной результирующей силе.

В итоге на поверхности мирового океана возникает волна, занимающая постоянное положение в системах взаимно тяготеющих тел, но бегущая по поверхности океана совместно с суточным движением его дна и берегов. Таким образом (в пренебрежении океаническими течениями) каждая частица воды дважды совершает в течение суток колебательное движение вверх-вниз.

Горизонтальное движение воды наблюдается лишь у берегов как следствие подъёма её уровня. Скорость движения тем больше, чем более полого расположено морское дно.

Приливообразующий потенциал

(концепция акад. Шулейкина )

Пренебрегая размером, строением и формой Луны, запишем удельную силу притяжения пробного тела, находящегося на Земле. Пусть - радиус-вектор, направленный от пробного тела в сторону Луны, - длина этого вектора. В этом случае сила притяжения этого тела Луной будет равна

где - селенометрическая гравитационная постоянная. Пробное тело поместим в точку . Сила притяжения пробного тела, помещённого в центр масс Земли будет равна

Здесь под и понимаются радиус-вектор, соединяющий центры масс Земли и Луны, и их абсолютные величины. Приливной силой мы будем называть разность этих двух сил тяготения

В формулах (1) и (2) Луна считается шаром со сферически-симметричным распределением масс. Силовая функция притяжения пробного тела Луной ничем не отличается от силовой функции притяжения шара и равна Вторая сила приложена к центру масс Земли и является строго постоянной величиной. Для получения силовой функции для этой силы мы введём временную систему координат. Ось проведём из центра Земли и направим в сторону Луны. Направления двух других осей оставим произвольными. Тогда силовая функция силы будет равна . Приливообразующий потенциал будет равен разности этих двух силовых функций. Обозначим его , получим Постоянную определим из условия нормировки, согласно которому приливообразующий потенциал в центре Земли равен нулю. В центре Земли , Отсюда следует, что . Следовательно, мы получаем окончательную формулу приливообразующего потенциала в виде (4)

Поскольку

При малых величинах , , последнее выражение можно представить в следующем виде

Подставив (5) в (4), получим

Деформация поверхности планеты под действием приливов и отливов

Возмущающее воздействие приливного потенциала деформирует уровненную поверхность планеты. Оценим это воздействие, считая, что Земля представляет собой шар со сферически-симметричным распределением массы. Невозмущённый гравитационный потенциал Земли на поверхности будет равен . Для точки . , находящейся на расстоянии от центра сферы, гравитационный потенциал Земли равен . Сократив на гравитационную постоянную, получим . Здесь переменными величинами являются и . Обозначим отношение масс гравитирующего тела к массе планеты греческой буквой и решим полученное выражение относительно :

Так как с той же степенью точности получим

Учитывая малость отношения последние выражения можно записать так

Мы получили, таким образом, уравнение двухосного эллипсоида, у которого ось вращения совпадает с осью , т.е с прямой, соединяющей тяготеющее тело с центром Земли. Полуоси этого эллипсоида, очевидно, равны

Приведём в конце небольшую численную иллюстрацию данного эффекта. Вычислим приливной «горб» на Земле, вызванный притяжением Луны. Радиус Земли равен км, расстояние между центрами Земли и Луны с учётом нестабильности лунной орбиты км, отношение массы Земли к массе Луны равно 81:1. Очевидно, что при подстановке в формулу мы получим величину, примерно равную 36 см.

См. также

Примечания

Литература

• Фриш С. А. и Тиморева А. В. Курс общей физики, Учебник для физико-математических и физико-технических факультетов государственных университетов,Том I. М.: ГИТТЛ,1957
• Щулейкин В. В. Физика моря. М.:Изд-во «Наука»,Отделение наук о Земле АН СССР 1967
• Войт С. С. Что такое приливы. Редколлегия научно-популярной литературы Ан СССР

Ссылки

• WXTide32 - свободно распространяемая программа для составления таблиц приливов

Луна
Особенности

Кто не хотел бы совершить прогулку на дно моря? «Это невозможно! - воскликнете вы. - Для этого нужен хотя бы кессон!» Но разве вы не знаете, что два раза в сутки открываются для обозрения большие пространства морского дна? Правда, горе тому, кто вздумает задержаться на этой «выставке» сверх установленного времени! Морское дно открывается при отливе. - это смена высокой и низкой воды.

Это одна из загадок природы. Ее пытались решить многие естествоиспытатели: Кеплер , открывший закон движения планет, Ньютон , установивший основные законы движения, французский ученый Лаплас , изучавший возникновение небесных тел. Все они хотели проникнуть в тайны жизни океанов .

Ветер создает волны на море. Но, чтобы управлять приливом и отливом, ветер слишком слаб. Даже шторм может быть только помощником при приливе. Какие же исполинские силы выполняют такую тяжелую работу?

Влияние Луны на приливы и отливы

Три исполина борются за мировой океан: Солнце, Луна и сама Земля . Солнце сильнее всех, но оно слишком далеко от нас, чтобы быть победителем. Движением масс воды на Земле управляет в основном Луна. Находясь на расстоянии 384 000 километров от Земли, она регулирует «пульс» океанов. Подобно огромному магниту, Луна притягивает массы воды на несколько метров вверх, в то время как Земля вращается вокруг своей оси.

Хотя разница между высотой прилива и отлива в среднем не больше 4 метров, работа, которую при этом выполняет Луна, огромна. Она равна 11 триллионам лошадиных сил. Если это число написать одними цифрами, то оно будет иметь 18 нулей и выглядеть так: 11 000 000 000 000 000 000. Такого количества лошадей не собрать, даже если согнать табуны со всех «концов» земного шара.

Приливы и отливы - источники энергии

После Солнца приливы и отливы - самые большие источники энергии . Они могли бы дать электрический ток всему миру. С незапамятных времен человек пытался заставить Луну служить себе. В Китае и других странах приливные воды с давних пор вращают мельничные жернова.

В 1913 году в Северном море у Хузума была пущена в эксплуатацию первая «лунная» энергетическая станция. В Англии, Франции, США и особенно в Аргентине, ощущающей недостаток в горючем, создано много смелых проектов сооружения приливных станций. Однако дальше всех пошли советские инженеры, создавшие проект сооружения плотины длиною в 100 километров и высотою 15 метров в Мезенской губе Белого моря.

При приливе за плотиной образуется водохранилище емкостью в 2 тысячи квадратных километров. Две тысячи турбогенераторов дадут 36 миллиардов киловатт-часов. Такое количество энергии производили в 1929 году Франция, Италия и Швейцария, вместе взятые. Киловатт-час этой энергии будет стоить около одной копейки. К сожалению, «пульс» приливов и отливов моря бьется с неодинаковой силой, как и пульс человека. Приливы не дают постоянного, равномерного притока воды, и это затрудняет осуществление проекта.

Прилив бывает наиболее сильным тогда, когда Солнце и Луна притягивают массы воды в одном направлении. Приливы, при которых уровень воды поднимается до 20 метров , бывают при полной и молодой Луне . Они называются «сизигийными». В первой и последней четверти месяца , когда Луна находится под прямым углом к Солнцу, приливы бывают самыми низкими и называются «квадратурными».

Прилив и отлив моря имеют очень большое значение для мореплавания , и поэтому наступление их вычисляют заранее . Этот расчет так труден, что для составления ежегодного календаря приливов требуется много недель. Но изобретательный ум человека создал вычислительную машину, «электронный мозг» которой составляет прогнозы приливов за два дня. Календарь приливов показывает, что волны приливов проходят по всему земному шару через определенные промежутки времени. От морских берегов они поднимаются в реки.

Приливы и отливы - природные явления, о которых слышали и которые наблюдали многие люди, особенно живущие на берегу моря или океана. Что такое приливы и отливы, какая сила кроется в них, почему они возникают, читайте в статье.

Значение слова «прилив»

Согласно толковому словарю Ефремовой, прилив - это природное явление, когда уровень открытого моря повышается, то есть происходит его подъем, и это периодически повторяется. Что значит прилив? По толковому словарю Ожегова прилив - это приток, скопление движущегося.

Прилив - это что такое?

Это природное явление, когда регулярно поднимается и падает уровень воды в океане, море или другом водоеме. Что такое прилив? Это ответная реакция на воздействие гравитационных сил, то есть сил притяжения, которыми обладают Солнце, Луна и другие приливообразующие силы.

Что такое прилив? Это подъем воды в океане до самого высокого уровня, который происходит каждые 13 часов. Отлив - обратное явление, при котором вода в океане падает до самого низкого уровня.

Прилив и отлив - это что такое? Это колебание уровня воды, которое происходит периодически по вертикали. Это природное явление, приливы и отливы, происходит потому, что относительно Земли изменяется положение Солнца, Луны вместе с вращающими эффектами Земли и особенностями рельефа.

Где случаются отливы и приливы?

Эти природные явления наблюдаются почти во всех морях. Они выражаются в периодическом повышении и понижении уровня воды. Случаются приливы по противоположным сторонам Земли, которые лежат рядом с линией, направленной к Солнцу и Луне. На образование горба по одну сторону Земли оказывает влияние прямое притяжение небесных тел, а по другую - наименьшее их притяжение. Так как Земля вращается, у берега моря в каждом пункте за одни сутки наблюдается по два прилива и столько же отливов.

Приливы одинаковыми не бывают. Перемещение водных масс и уровень, до которого поднимается вода в море, зависят от многих факторов. Это широта местности, очертание суши, атмосферное давление, сила ветра и многое другое.

Разновидности

Приливы и отливы классифицируют по продолжительности цикла. Они бывают:

• Полусуточные , когда в сутки случается два прилива и два отлива, то есть преобразование пространства воды в океане или на море заключается в полных и неполных водах. Параметры амплитуд, которые чередуются между собой, практически не имеют различий. Они выглядят как кривая синусоидальная черта и локализуются в водах такого моря, как Баренцево, у берегов Белого, распространены практически на всей территории Атлантического океана.
• Суточные - характеризуются одним приливом и таким же количеством отливов в течение суток. Такие природные явления наблюдаются и в Тихом океане, но очень редко. Так, если спутник Земли проходит через экваториальную зону, наблюдается стояние воды. Но если происходит склонение Луны с самым маленьким показателем, наблюдаются приливы малой мощности, имеющие экваториальный характер. Если цифры более высокие, образуются тропические приливы, сопровождающиеся значительной силой.
• Смешанные , когда по высоте преобладают полусуточные или суточные приливы, имеющие неправильную конфигурацию. Например, в полусуточных изменениях уровня гидросферы прослеживается схожесть с полусуточными приливами по многим признакам, а в суточных - с такими же по времени приливами, то есть суточными, которые зависят от того, с каким градусом склоняется Луна в данный промежуток времени. Приливы и отливы смешанного типа чаще встречаются в водном пространстве Тихого океана.

• Приливы аномального характера - характеризуются подъемами и спадами воды, не подходящими ни под одно описание по различным признакам. Аномалия имеет непосредственную связь с мелководьем, в результате чего меняется сам цикл как подъема, так и спада воды. Этот процесс особенно влияет на устье рек. Здесь приливы по времени меньше отливов. Подобными катаклизмами характеризуются отдельные участки пролива Ла-Манш, а также течения Белого моря.

Однако приливы практически не заметны в морях, которые называются внутренними, то есть отделенных от океана проливами, узкими по ширине.

Что порождает приливы?

Если нарушаются силы тяготения и инерции, на Земле возникают приливы. Природное явление приливы в большей степени проявляется у океанических берегов. Здесь два раза в сутки в разной степени уровень воды повышается и столько же раз опускается. Происходит это потому, что на поверхности двух противоположных областей океана образуются горбы. Их положение определяется в зависимости от положения Луны и Солнца.

Влияние Луны

На возникновение приливов и отливов Луна оказывает большее влияние, чем Солнце.В результате многочисленных исследований было выявлено, что на точку земной поверхности, расположенную ближе всего к Луне, внешние факторы влияют на 6 % больше, чем на самую удаленную. В этой связи ученые сделали вывод, что благодаря данному размежеванию сил Земля раздвигается в направлении такой траектории, как Луна-Земля.

Учитывая то обстоятельство, что Земля вокруг своей оси оборачивается за одни сутки, двойная приливная волна за это время проходит по создавшемуся растяжению, точнее, его периметру, два раза. В результате этого процесса создаются двойные «долины». Их высота в Мировом океане достигает двухметровой отметки, а на суше - 40-43 сантиметра, поэтому для жителей планеты это явление остается незамеченным. Нами не ощущается сила приливов, отливов, где бы мы ни находились: на суше или на воде. Хотя с подобным явлением человек знаком, наблюдая его на береговой линии. Морские или океанические воды набирают иногда по инерции достаточно большую высоту, тогда мы видим выкатывающиеся на берег волны - это прилив. Когда они откатываются обратно - отлив.

Влияние Солнца

Главная звезда Солнечной системы далеко расположена от Земли. По этой причине ее воздействие на нашу планету мало заметно. Солнце массивней Луны, если рассматривать эти небесные тела как источники энергии. Но большое расстояние между светилом и Землей оказывает влияние на амплитуду солнечных приливов, она в два раза меньше аналогичных процессов Луны. Когда наблюдается полнолуние и растет Луна, небесные тела - Солнце, Земля и Луна - имеют одинаковое расположение, в результате чего солнечные и лунные приливы складываются. Солнце оказывает небольшое влияние на приливы и отливы в тот период, когда гравитационные силы от Земли идут в двух направлениях: к Луне и Солнцу. В это время уровень отлива повышается, а прилива - понижается.

Суша на планете занимает 30 % поверхности. Остальную часть покрывают океаны и моря, с которыми связано много тайн и явлений природного характера. Одним из них является так называемый красный прилив. Это явление удивительное по красоте. Оно наблюдается у побережья Флоридского залива и считается самым большим, особенно в такие летние месяцы, как июнь или июль. Как часто можно наблюдать красный прилив, зависит от банальной причины - загрязнения прибрежных вод человеком. Волны имеют насыщенный ярко-красный или оранжевый оттенок. Это потрясающее зрелище, но любоваться им долго опасно для здоровья.

Дело в том, что окраску воде дают водоросли во время цветения. Этот период происходит очень интенсивно, растения выделяют большое количество токсинов и химикатов. В воде они растворяются не полностью, какая-то их часть выделяется в воздух. Эти вещества очень вредны для растений, животных, морских птиц. Часто от них страдают люди. Особо опасными для человека являются моллюски, которых выловили из зоны "красного прилива". Человек, употребляя их, получает сильное отравление, часто приводящее к летальному исходу. Дело в том, что уровень кислорода во время прилива понижается, в воде появляется аммиак и сероводород. Они и являются причиной отравлений.

Какие приливы считаются самыми высокими в мире?

Если форма залива воронкообразная, при попадании в него приливной волны происходит сжимание берегов. Из-за этого увеличивается высота прилива. Так, высота приливной волны у восточных берегов Северной Америки, а именно в заливе Фанди, достигает примерно 18 метров. В Европе самыми высокими приливами (13,5 метров) отличается Бретань, недалеко от Сен-Мало.

Как влияют приливы и отливы на обитателей планеты?

Этим природным явлениям особенно подвержены морские жители. Самое большое влияние приливы и отливы оказывают на обитателей вод в береговой полосе. Так как уровень земной воды изменяется, происходит развитие организмов с оседлым образом жизни. Это моллюски, устрицы, которым изменение структуры водной стихии не мешает размножаться. Этот процесс происходит гораздо активнее во время больших приливов

Но многим организмам периодические колебания уровня воды приносят страдания. Особенно трудно приходится животным маленького размера, многие из них во время приливов полностью меняют среду обитания. Одни перебираются ближе к берегу, а других, наоборот, волна уносит глубоко в океан. Природа, конечно, координирует все изменения на планете, но живые организмы приспосабливаются к условиям, преподнесенным деятельностью Луны, а также Солнца.

Какую роль играют приливы и отливы?

Что такое приливы и отливы, мы разобрали. Какова их роль в жизни человека? Эти природные явления обладают титанической силой, которую в настоящее время, к сожалению, используют мало. Хотя первые попытки в этом направлении были предприняты еще в середине прошлого столетия. В разных странах мира стали сооружать гидроэлектростанции, использующие силу приливной волны, но их пока очень мало.

Значение приливов огромно и для судоходства. Именно во время их образования суда заходят в реку на много километров вверх по течению для выгрузки товаров. Поэтому очень важно знать, когда эти явления произойдут, для чего составляются специальные таблицы. Капитаны судов по ним определяют точное время наступления приливов и их высоту.

Происхо-дит подъем и спад воды. Это явление морских приливов и отливов. Уже в древности наблюдатели заметили, что прилив наступает че-рез некоторое время после кульминации Луны в месте наблю-дения. Более того, приливы наиболее сильны в дни ново- и полнолуний, когда центры Луны и Солнца располагаются при-мерно на одной прямой.

Учитывая это, И. Ньютон объяснил приливы действием тя-готения со стороны Луны и Солнца, а именно тем, что раз-ные части Земли притягиваются Луной по-разному.

Земля вращается вокруг своей оси намного быстрее, чем Луна обращается во-круг Земли. В результате приливный горб (взаимное располо-жение Земли и Луны показано на рисунке 38) движется, по Земле бежит приливная волна, возникают приливные течения . При приближении к берегу высота волны увеличивается, поскольку поднимается дно . Во внутренних морях высота приливной волны бывает всего нескольких санти-метров, в открытом океане же достигает около одного метра. В бла-гоприятно расположенных узких заливах высота прилива возраста-ет ещё в несколько раз.

Трение воды о дно, а также де-формации твёрдой оболочки Земли сопровождаются выделением теп-ла, что приводит к рассеянию энергии системы Земля — Луна. Поскольку приливный горб отно-сится к востоку, максимальный прилив происходит после кульминации Луны, притяжение горба вызывает ускорение Луны и замедление вращения Земли. Луна постепенно отодвигается от Земли. Действительно, геологические данные показывают, что в юрском периоде (190-130 млн лет назад) приливы бы-ли намного выше, а сутки — короче. Следует отметить, что при умень-шении расстояния до Луны в 2 раза высота прилива возрас-тает в 8 раз. В настоящее время сутки увеличиваются на 0,00017 с в год . Так что примерно через 1,5 млрд лет их дли-на увеличится до 40 современных суток. Такой же длины будет и месяц. В результате Земля и Луна будут всегда обра-щены друг к другу одной и той же стороной. После этого Лу-на начнёт постепенно приближаться к Земле и ещё через 2-3 млрд лет будет разорвана приливными силами (если, ко-нечно, к тому времени Солнечная система ещё будет сущест-вовать).

Влияние Луны на прилив

Рассмот-рим, следуя Ньютону, более подробно приливы, вызываемые притяжением Луны, так как воздействие Солнца существен-но (в 2,2 раза) меньше.

Запишем выражения для ускорений, вызываемых притя-жением Луны для разных точек Земли, учитывая, что для всех тел в данной точке пространства эти ускорения одинако-вы. В инерциальной системе отсчёта, связанной с центром масс системы, значения ускорений будут:

A A = -GM / (R — r) 2 , a B = GM / (R + r) 2 , a O = -GM / R 2 ,

где a A , a O , a B — ускорения, вызванные притяжением Луны в точках A , O , B (рис. 37); М — масса Луны; r — радиус Зем-ли; R — расстояние между центрами Земли и Луны (для рас-чётов его можно принять равным 60r ); G — гравитационная постоянная.

Но мы живём на Земле и все наблюдения проводим в си-стеме отсчёта, связанной с центром Земли, а не с центром масс Земля — Луна. Чтобы перейти в эту систему, необходимо из всех ускорений вычесть ускорение центра Земли. Тогда

A’ A = -GM ☾ / (R — r) 2 + GM ☾ / R 2 , a’ B = -GM ☾ / (R + r) 2 + GM / R 2 .

Выполним действия в скобках и учтём, что r мало по срав-нению с R и в суммах и разностях им можно пренебречь. Тогда

A’ A = -GM / (R — r) 2 + GM ☾ / R 2 = GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R — r) 2 = -2GM ☾ r / R 3 .

Ускорения a ’ A и a ’ B одинаковы по модулю, противополож-ны по направлению, каждое направлено от центра Земли. Они называются приливными ускорениями . В точках C и D при-ливные ускорения, меньшие по модулю и направлены к цен-тру Земли.

Приливными ускорениями называются ускорения, возни-кающие в системе отсчёта, связанной с телом из-за того, что вследствие конечных размеров этого тела разные его части по-разному притягиваются возмущающим телом. В точках A и B ускорение силы тяжести оказывается меньшим, чем в точках C и D (рис. 37). Следовательно, для того чтобы давление на одинаковой глубине было одинаковым (как у сообщающих-ся сосудов) в этих точках, вода должна подняться, образуя так называемый приливный горб. Подсчёт показывает, что подъем воды или прилив в открытом океане составляет око-ло 40 см. В прибрежных водах он гораздо больше, а рекорд составляет около 18 м. Ньютоновская теория этого объяснить не может.

На побережье многих внешних морей можно увидеть любопытную картину: вдоль берега неда-леко от воды натянуты рыболовные сети. Причём сети эти по-ставлены не для сушки, а для ловли рыбы . Если остаться на берегу и понаблюдать за морем, то всё станет понятно. Вот -вода начинает прибывать, и там, где всего несколько часов назад была песчаная отмель, заплескались волны. Когда вода отступила, показались сети, в которых засверкала чешуёй запу-тавшаяся рыба. Рыбаки, обойдя сети, сняли улов. Материал с сайта

Вот как описывает наступление прилива очевидец: «Мы добрались до моря — сказал мне попутчик. Я в недоумении глядел кругом. Передо мной действительно был берег: следу ряби, полузасыпанный остов тюленя , редкие куски плавника, обломки ракушек. А дальше простиралось ровное пространство... и никакого моря. Но часа через три неподвижная линия горизон-та задышала, заволновалась. И вот уже за ней заискрилась морская зыбь. Вал прилива катился неудержимо вперёд по серой поверхности. Перегоняя друг друга, волны набегали на берег. Одна за другой потонули дальние скалы — и кругом видна толь-ко вода. Она бросает мне в лицо солёные брызги. Вместо мёртвой равнины передо мной живёт и дышит водная гладь».

Когда приливная волна заходит в залив, имеющий в плане воронкообразную форму, берега залива как бы сжимают её, отчего высота прилива увеличивается в несколько раз. Так, в заливе Фанди у восточного берега Северной Америки высота прилива достигает 18 м. В Европе наиболее высокие приливы (до 13,5 метров) бывают в Бретани близ города Сен-Мало.

Очень часто приливная волна заходит в устья рек , повышая уровень воды в них на несколько метров. Например, у Лондона в устье реки Темзы высота прилива — 5 м.