Когда на земле можно наблюдать максимальные приливы аргументируйте свой ответ кратко

Обновлено: 04.07.2024

Прили́в — периодическое колебание уровня океана или моря, обусловленное силами притяжения Луны и Солнца, а также другими приливообразующими силами. Приливы вызывают изменения в высоте уровня моря, а также периодические течения, известные как прили́вные течения, делающие предсказание приливов важным для прибрежной навигации.

Прили́вные изменения в каком-либо месте земного шара — результат изменения положений Луны и Солнца относительно Земли вкупе с эффектами вращения Земли и особенностями данного рельефа.

Хотя для земного шара сила тяготения Солнца почти в 200 раз больше, чем сила тяготения Луны, прили́вные силы, порождаемые Луной, почти вдвое больше порождаемых Солнцем. Это происходит из-за того, что приливные силы зависят не от величины гравитационного поля, а от степени его неоднородности (градиента). При увеличении расстояния до источника поля градиент уменьшается быстрее, чем величина самого поля. Поскольку Солнце почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна, то и приливные силы, вызываемые солнечным притяжением, слабее.

Содержание

История

Хосе де Акоста в своей Истории (1590), после открытия Ньютоном отливов и приливов, впервые объяснил их природу, периодичность и взаимосвязь с фазами Луны.

Терминология

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 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, которая находится на восточном побережье Канады между Нью-Брансуиком и Новой Шотландией.

Физика прилива

Приливообразующий потенциал

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

$\mathbf<F> =\frac_>> (1) где GML – селенометрическая гравитационная постоянная. Пробное тело поместим в точку P . Сила притяжения пробного тела, помещенного в центр масс Земли будет равна <img class=$
(2)

$\mathbf<r> Здесь под$
и r понимаются радиус-ветор, соединяющий центры масс Земли и Луны, и их абсолютные величины. Приливной силой мы будем называть разность этих двух сил тяготения

$<<\mathbf >_>=\mathbf-<<\mathbf>_>$
(3)

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 ^_>>\!\!\diagup\!\!<>_ Вторая сила приложена к центру масс Земли и является строго постоянной велиной. Для получения силовой функции для этой силы мы введем временную систему координат. Ось Ox проведем из центра Земли и направим в сторону Луны. Направления двух других осей оставим произвольными. Тогда силовая функция силы >_>" width="" height="" />
будет равна _>>^>>x+\operatorname" width="" height="" />
. Приливообразующий потенциал будет равен разности этих двух силовых функций. Обозначим его δW , будем иметь _>> Постоянную " width="" height="" />
определим из условия нормировки, согласно которому приливнообразующий потенциал в центре Земли равен нулю. В центре Земли x = 0 , r' = r Отсюда следует, что _>>=\operatorname" width="" height="" />
. Следовательно, мы получаем окончательную формулу приливообразующего потенциала в виде _>> (4)

$\frac<1> При малых величинах /\;$
, /\;" width="" height="" />
, /\;" width="" height="" />
последнее выражение можно представить в следующем виде

$\frac<1> (5) Подставив (5) в (4), получим <img class=$
(6)

Деформация поверхности планеты под действием прилива

Возмущающее воздействие приливного потенциала деформирует уровненную поверхность планеты. Оценим это воздействие, считая, что Земля представляет собой шар со сферически-симметричным распределением массы. Невозмущенный гравитационный потенциал Земли на поверхности будет равен " width="" height="" />
. Для точки P . , находящейся на расстоянии ρ от центра сферы, гравитационный потенциал Земли равен " width="" height="" />
. Сократив на гравитационную постоянную, получим +\frac_>>\cdot \frac^>+^>+^>>^>>=\frac" width="" height="" />
. Здесь переменными величинами являются x,y,z и ρ . Обозначим отношение масс гравитирующего тела к массе планеты греческой буквой μ и решим полученное выражение относительно ρ :

$\rho =R<<\left( 1-\mu \frac \cdot \frac^>-^>-^>><2<^>> \right)>^>\approx R\left( 1+\mu \frac\cdot \frac^>-^>-^>><2<^>> \right)$

Так как ρ 2 = x 2 + y 2 + z 2 с той же степенью точности получим

$<R> Учитывая малость отношения /\;$
последние выражения можно записать так

$\frac<<<x> ^>>^>\left( 1+2\mu \frac^>>^>> \right)>+\frac^>+^>>^>\left( 1-\mu \frac^>>^>> \right)>=1$

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

$a=\left( 1+\mu \frac ^>>^>> \right)R,\,\,\,b=c=\left( 1-\mu \frac^>>^>> \right)R$

В древности мореплаватели ежедневно наблюдали повышение и понижение уровня воды, но не имели представления о природе этих процессов. Считалось, что таким образом дышит живая планета. На протяжении многих столетий ученые разгадывали загадку циклических изменений уровня воды в Мировом океане. Но лишь в 20 веке океанологи выяснили, что приливы и отливы на Земле – следствие гравитационного влияния Луны.

Что такое прилив и отлив

Прилив и отлив – изменение уровня воды в Мировом океане, вызванное влиянием на планету Луны и Солнца.

Механизм приливно-отливного процесса следующий:

Также высота прилива определятся особенностями рельефа берегов. Если участок суши воронкообразной формы, то при движении приливной волны берег сжимается. В итоге уровень воды становится выше, чем на соседних участках суши, имеющих другую форму. Так, из мест самых высоких приливов следует назвать:

Что вызывает приливы и отливы

Главные причины образования приливов и отливов:

гравитационное воздействие Луны (в большей степени);
воздействие Солнца (в меньшей степени).

Воздействие Луны

Земля и Луна пребывают в непрерывной связи согласно закону всемирного тяготения. Планета притягивает спутник, но и Луна влияет на планету. Благодаря такой связи, сохраняется определенное расстояние между орбитами космических объектов. Земля и Луна при движении то приближаются друг к другу, то отдаляются.

Когда спутник приближается к планете, планетарная кора изгибается в сторону объекта притяжения. Из-за этого воды Мирового океана смещаются, поднимаются над планетарной поверхностью. Но куда уходит вода во время отлива, когда Луна отдаляется? Водная масса не исчезает, она возвращается в исходное положение. То есть на планете вода постоянно перемещается с места на место.

Причем приливы в аналогичное время происходят и на противоположной к Луне стороне Земли. Но если в первом случае вспучивание земной коры и подъем воды обусловлены прямым притяжением спутника, то на противоположной стороне явление вызвано снижением притяжения. То есть земная кора оседает, и освободившееся пространство заполняется водой.

В астрономии считается, что приливные волны влияют на скорость движения Земли. Они создают течения, а те движутся, испытывая сопротивление земной коры. В результате планета постепенно замедляется. Несколько миллиардов лет назад земные сутки длились 22 часа. В далеком будущем Земля замедлится настолько, что ее сутки синхронизируются с лунными, и тогда приливно-отливные явления исчезнут.

Воздействие Солнца

Гравитационное воздействие Солнца на Землю не так выражено, как лунное. Звезда как притягивающий объект гораздо крупнее Луны, но находится на значительном расстоянии от планеты. Поэтому солнечная приливная амплитуда меньше в 2 раза, чем лунная.

При полнолунии и новолунии три космических тела (Солнце, Луна, Земля) выстраиваются в линию. В результате солнечная амплитуда накладывается на лунную, отмечаются максимальные колебания воды – сизигийные.

Минимальный по силе прилив наблюдается при действии сил Луны и Солнца под прямым углом друг к другу. Он носит название квадратурный.

Разновидности

По длительности цикла приливы и отливы бывают следующих видов:

Полусуточные (Атлантический океан, моря Северного Ледовитого океана). В сутки отмечаются по 2 прилива и отлива. Чередующиеся амплитуды почти не различаются, представляются синусоидальной кривой.
Суточные (Тихий океан). Фиксируются редко. В сутки по 1 приливу и отливу. Если Луна находится на линии экватора, то вода стоит. Если спутник незначительно склоняется, то в экваториальной зоне наблюдаются небольшие приливы. Если склонение значительное, то отмечаются сильные подъемы воды в тропических областях.
Смешанные (Тихий океан). По высоте фиксируются суточные или полусуточные явления с искаженной конфигурацией. То есть за половину суток уровень воды изменяется в соответствии с полусуточными приливами, а за сутки – с суточными. Процесс определяется склонением Луны в конкретный временной промежуток.
Аномальные (Белое море, Английский канал). Вода поднимается и спадает, не соответствуя ни одному из вышеуказанных типов цикла. Такие явления связаны с мелководными участками, влияют на состояние речных устий, где приливы короче отливов.

Как человек использует приливы и отливы

Приливно-отливный процесс обладает огромной силой, но эффективному использованию ее на данном этапе пока не научились. Гидроэлектростанции, работающие на энергии морских приливов, начали сооружать еще в 50 годы 20 века. Но они технически несовершенны, их производительность неудовлетворительная. Поэтому сегодня приливная энергетика не распространена в мире.

Существует связь между судоходными реками и приливами. Во время морского прилива суда получают возможность зайти в реку на многие километры против течения, добраться до портового пункта. График движения судов капитаны сопоставляют с таблицами, в которых отмечено, когда будет подъем и спад воды.

В завершение следует отметить влияние колебаний океанической воды на живую природу. Особенно зависимы от процесса мелкие организмы прибрежной зоны. Их цикл жизни зависит от спада и подъема воды. Во время приливов и отливов представители фауны ищут пищу, перебираются на новое место обитания. Но даже глубоководные организмы чувствительны к колебаниям воды: с приливным циклом у них связаны изменения метаболизма и половой активности.

Мировой океан

Приливы и отливы — это периодические повышения и понижения уровня воды в океане или море. Они происходят под влиянием на Землю приливных сил Луны и Солнца.

Прилив поднимает воду к Земле, когда вода отступает, возникает отлив. Дважды в течение суток с промежутком времени можно наблюдать, как вода у берега поднимается и заливает часть суши. Спустя время уровень воды снова понижается и вода отступает, обнажая прибрежное дно.

Еще с древности люди наблюдали за этим явлением. Основную причину приливов и отливов впервые указал Исаак Ньютон. В 1687 году великий математик изложил закон всемирного тяготения. Этот закон послужил важнейшим шагом к научному пониманию природы приливов.

Что такое приливы и отливы

Приливы и отливы — ритмические поднятия и опускания уровня воды в океанах, вызванные притяжением Луны и Солнца. Они возникают два раза в день и регулярно сменяют друг друга.

Наша планета Земля входит в состав солнечной системы и является третьей по счёту планетой от Солнца. Она имеет единственный спутник — Луну. Положение Земли и её спутника определяют многие процессы, происходящие на Земле. Сила лунного притяжения и сила, возникающая при взаимном вращении Земли и Луны приводит к образования приливов и отливов на Земле.

Солнце гораздо удалено от Земли, поэтому оказывает меньшее влияние. Приливообразующая сила Луны больше в 2,17 раз, поэтому характеристики прилива в основном зависят от взаимного положения Луны и Земли.

Приливно-отливные процессы имеют следующий механизм:

В ходе отлива, когда вода начинает отходить (с разной скоростью) обратно в море может возникнуть отбойное течение – это сильное движение воды от берега. Оно наблюдаются в прибрежных зонах. Отбойное течение представляет угрозу для отдыхающих.

Продолжительность

В среднем полный приливно-отливной цикл длится 12-13 часов. Вращение планеты оказывает на процесс своё влияние — он имеет периодичность (т.е. происходит дважды в сутки). Вертикальный промежуток между пиком и минимумом называется приливной амплитудой.

На показатели приливной высоты влияет и особенность рельефа побережья. Например, если участок имеет воронкообразную форму, то во время движения приливной волны берег будет сжиматься. Уровень воды станет выше, чем на соседних участках суши, которые имеют отличную от него форму.

Наиболее высокие точки приливов наблюдаются в:

североамериканском заливе Фанди (отметка равна 18 м);
заливах Бретани в Европе (приливная волна доходит до 14 м).

Причина приливов и отливов

Здесь оказывают влияние два главных фактора:

гравитационное воздействие спутника Земли (наибольший процент влияния);
воздействие Солнца (значительно меньший процент влияния).

Рассмотрим подробнее каждый из них.

Воздействие Луны

Земля и её спутник — Луна неразрывно связаны друг с другом. Они оказывают друг на друга значительное влияние. Именно благодаря этой связи сохраняется определённое расстояние между орбитами этих космических тел. Планета и спутник стремительно приближаются друг к другу и также стремительно друг от друга отдаляются.

Во время приближения Луны к Земле, планетарная кора последней как бы выгибается в сторону объекта, который к ней притягивается. Именно по этой причине воды Мирового океана начинают смещаться, поднимаются над поверхностью планеты.

Но вот вопрос — куда же уходит вода при отливе, когда Луна отдаляется от Земли? Естественно, водная масса никуда не исчезает, она просто возвращается на своё прежнее место. Это говорит о том, что водные объёмы Земли постоянно перемещаются с места на место.

Интересно, что приливы в то же время происходят и на противоположной к Луне стороне Земли. И если в первом случае планетарная кора выгибается, что объясняет подъём водного пространства при притяжении спутника, то с противоположной стороны это же явление вызывается снижением силы притяжения. То есть там кора как бы оседает, а свободное пространство заполняется водой.

В астрономии принято считать, что приливные волны оказывают влияние на скорость движения Земли. Они формируют течения, а те, в свою очередь, движутся, подвергая испытаниям силу сопротивления земной коры. Это замедляет планету.

Ещё каких-то несколько миллиардов лет назад земные сутки составляли 22 часа, поэтому можно с уверенностью прогнозировать, что в будущем Земля замедлится настолько, что её сутки полностью синхронизируются с лунными сутками, а приливно-отливные процессы прекратят существовать.

Воздействие Солнца

Солнце оказывает только небольшое воздействие на приливные силы. Оно находится на значительном расстоянии от планеты и её спутника (почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна).

При своём движении вокруг Земли Луна занимает различное положение относительно Солнца. Эти положении называются фазами (новолуние, нарождающаяся Луна, неполная Луна, полнолуние, неполная Луна, убывающая).

Во время полнолуния и новолуния сразу три косметических тела (Луна, Солнце и Земля) выстраиваются в линию. В результате таких перемещений солнечная амплитуда накладывается поверх лунной, это приводит к выраженным (максимальным) колебаниям воды. Их называют сизигийными. А минимальный прилив наблюдается тогда, когда действие сил Луны и Солнца находится под прямым углом. Такое явление называется квадратурным приливом.

Разновидности

Приливно-отливные циклы принято разделять по длительности:

Полусуточные (касаются Атлантического океана, морей Северного Ледовитого океана). За сутки происходят 2 прилива и отлива. Амплитуды чередуются, но практически не различаются, поэтому представляются синусоидальной кривой.
Суточные (относятся к Тихому океану). Эти процессы фиксируются редко. В сутки происходит один прилив и один отлив. Однако если Луна располагается на линии экватора, то водные массы вообще стоят на месте. Если спутник Земли несколько склоняется, то в зоне экватора будут наблюдаться лишь небольшие приливы. Но вот если склонение значительное, то в тропических областях будут наблюдаться сильные подъёмы воды.
Смешанные (относятся к Тихому океану). В данном случае по высоте фиксируются лишь суточные или полусуточные явления, имеющие искажённую конфигурацию. За половину суток уровень водного пространства изменяется в соответствии с полусуточными приливами, а за полные сутки — с суточными. На процесс оказывает влияние степень склонения Луны в определённый промежуток времени.
Аномальные (относятся к Белому морю и Английскому каналу). Уровень воды поднимается и снижается, не попадая ни под одну и описанных выше классификационных категорий. Это связано с обилием мелководных участков, которые влияют на состояние речных устьев. Там приливы значительно короче отливов.

Воздействие и использование человеком

Огромная сила приливно-отливных процессов не могла остаться без внимания человека.

Суда получают возможность войти в реку на многие километры против течения и таким образом добраться до нужного портового пункта. График передвижения судов сопоставляется капитанами с таблицами, в которых подробно расписано время начала подъёма и спада водных масс.
Приливы и отливы способствуют формирования прибрежные области, превращая скалы в пляжи.
Обеспечивают доставку соленой воды, микроэлементов(удобрения), живых организмов в устья рек, впадающих в моря и океаны.
Могут стать источником энергии. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины. Приливная энергетика не так широко распространена в мире. Приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

Высочайшие на Земле приливы (15,6 — 18 м) наблюдаются в бухте Фанди (заливе в северо-восточной части залива Мэн). В России самые высокие приливы случаются в Пенжинской губе Охотского моря — до 12,9 м.

Приливы и отливы подчиненны регулярному ритму. Интервал цикла приливов составляет двенадцать часов и двадцать пять минут. Это момент максимального поднятия вод океанов над поверхностью Земли. Какой объём воды поднимается и опускается в это время зависит от географического расположения водоёмов. В Северном море разница между приливом и отливом составляет около двух-трех метров. Самый высокий прилив в мире происходит в заливе Фанди в Канаде, где уровень воды колеблется от пятнадцати до двадцати одного метра.

Причины приливов и отливов

Мир океанов

Большая часть океанов до сих пор не исследована полностью. Даже Луна более изучена, чем моря и океаны на нашей планете. Известно, что почти вся вода в мире, а точнее 97,5 % находится в пяти океанах.

Самый большой из всех океанов — Тихий океан. Его водная поверхность составляет в общей сложности 180 миллионов квадратных километров. Он составляет около половины поверхности всех морей. В Тихом океане находится самая глубокая часть земли, она составляет 11 034 метра.

Атлантический океан — второй по величине океан. Он возник около 150 миллионов лет назад, когда первоначальный континент Пангея распался. Его площадь в 106 миллионов квадратных километров покрывает по крайней мере одну пятую часть поверхности Земли.

Индийский океан расположен в южном полушарии. Почти 75 миллионов квадратных километров по площади, он намного меньше, чем Атлантика и Тихий океаны. Его самая низкая точка находится на 8,047 метров ниже уровня моря.

Южный океан омывает все морские районы к югу от 60-й широты в южном полушарии. Среди моряков он считается самым штормовым из всех морей. Типичными для Южного океана являются также большие айсберги, свободно плавающие в его водах.

Вокруг Северного полюса лежит Северный Ледовитый океан. Это самый маленький из пяти океанов. Примерно две трети Северного Ледовитого океана покрыты зимой льдом. Но его ледяной покров, как лед Южного океана, тает из-за глобального потепления.

Голубая планета

Океаны очень важны для планеты Земля. Их потоки и испарение морской воды оказывают огромное влияние на погоду. Большая часть воздуха, которым мы дышим, также производится в океанах. Водоросли превращают углекислый газ в кислород под воздействием солнечного света. Океаны покрывают огромную часть нашей планеты и служат огромными резервуарами запаса солёной воды. И из космоса Земля выглядит как голубая планета, благодаря обилию вод океанов.

Читайте также: