Припливи і відливи, дитяча енциклопедія том 2, чому і від чого ru

Жителі багатьох населених пунктів на узбережжях морів і океанів щодня спостерігають дуже цікаве явище природи - періодичні підвищення і пониження води біля берегів.
Такі періодичні коливання води в океанах і морях називаються припливами і відливами.
Найпомітніше припливи і відливи у берегів океанів або відкритих морів. Тут зазвичай спостерігається така картина. Протягом доби, точніше 24 годин 50 хвилин, рівень води біля берегів двічі підвищується і двічі знижується.

Підвищення від найменшого рівня води до найбільшого відбувається поступово і спочатку повільно, а потім все швидше і швидше. Воно триває в середньому близько 6 годин 12,5 хвилини. Після цього починається зниження рівня води. Зниження триває в середньому також 6 годин 12,5 хвилини.
Один з двох припливів протягом доби в даній місцевості настає незабаром після того, як Місяць досягне найвищого положення на небі (верхньої кульмінації). Грунтуючись на цьому і на збігу подвоєного періоду припливів (24 години 50 хвилин) з періодом видимого обертання Місяця навколо Землі, ще в стародавні часи люди пов'язували припливи і відливи з Місяцем.
І дійсно, основна причина припливів, як вперше вказав Ісаак Ньютон, - це тяжіння Землі Місяцем, точніше кажучи, різниця між тяжінням Місяцем всій Землі в цілому, з одного боку, і водної оболонки її - з іншого.

У загальних рисах теорія Ньютона пояснює припливи і відливи так.

Тяжіння Землі Місяцем складається з тяжіння Місяцем окремих частинок Землі. Частинки, які знаходяться в даний момент ближче до Місяця, притягуються нею сильніше, а більш далекі - слабше. Якби Земля була абсолютно твердої, то ця різниця в силі тяжіння її часток не грало б ніякої ролі. Але Земля не абсолютно тверде небесне тіло. Крім того, вона покрита океанами і морями, які займають 71% її поверхні. Тому різний тяжіння частинок, що знаходяться поблизу поверхні Землі і поблизу її центру (цю різницю називають приливоутворюючої силою), зміщує ці частинки один щодо одного, і Земля, перш за все її водна оболонка, змінює свою форму, деформується.

Розглянемо малюнок 1. Частинки води, які мають найтісніший контакт Місяці в даний момент (на малюнку поблизу точки А), притягуються Місяцем сильніше, а частинки, найбільш далекі від неї (поблизу точки В), - слабкіше, ніж частинки, що знаходяться в центрі Землі. Тому частинки води поблизу точки А зміщуються у напрямку до Місяця більше, а частинки поблизу точки В - менше, ніж частки в центрі Землі, і водна оболонка Землі деформується - вона витягується в напрямку Місяця.

Деформується і витягується до Місяця взагалі все тверде тіло Землі, але набагато менше, так як воно складається з речовини, набагато більш вузького, ніж вода.

Таким чином, на стороні Землі, зверненої до Місяця, і на протилежній її стороні (поблизу точок А і В) вода піднімається, утворюються так звані приливні виступи і нагромаджується надлишок води. Поблизу ж точок Б і Г рівень води знижується, звідти вода стікає, і тут настає відлив.

Приливні виступи поблизу А і В прагнуть зберегти по відношенню до Місяця одне і те ж положення. І якби Земля не оберталася, а Місяць була нерухомою по відношенню до Землі, то Земля разом зі своєю водною оболонкою завжди зберігала б одну і ту ж форму, витягнуту в напрямку до Місяця, і ніяких припливів і відливів не було б. Однак Земля обертається, а Місяць для земного спостерігача рухається по небу із заходу на схід і за добу робить як би повний оборот навколо Землі. Тому приливні виступи як би слідують за Місяцем і переміщаються по поверхні океанів і морів. Утворюється так звана приливна хвиля (точніше, дві хвилі в протилежних точках земної кулі). Вона рухається в океанах і морях із заходу на схід назустріч напрямку обертання Землі зі швидкістю близько 1800 км / год. Над кожним пунктом в океані приливна хвиля, що піднімає рівень води, проходить двічі на добу.

У відкритому океані рівень води при проходженні приливної хвилі піднімається незначно, в середньому на кілька десятків сантиметрів, і природно, що це залишається непомітним, наприклад, для пливуть на кораблі людей. Але біля берегів навіть такий підйом рівня води вже помітний. Крім того, біля берегів, особливо у вузьких затоках або бухтах, рівень води піднімається набагато вище, ніж у відкритому океані, так як берег материка перешкоджає руху приливної хвилі і вода тут накопичується протягом усього часу між відливом і припливом. Тому біля берегів припливи (точніше кажучи, різниця між рівнями води при припливі і відпливу) досягають в середньому 4-5 м. Найбільший приплив - близько 18 м - спостерігається в одній з бухт узбережжя Канади.

В СРСР найбільші припливи - близько 13 м - спостерігаються в Гіжігінской і Пенжинской губах на Охотському морі.

У внутрішніх морях, наприклад в Балтійському і Чорному, припливи і відливи дуже малі і майже непомітні. Це відбувається тому, що через вузькі протоки, що з'єднують такі моря з океанами, за час від відливу до припливу не встигають проникнути в моря скільки-небудь значні маси води, що переміщаються разом з океанської приливної хвилею. Правда, в кожному закритому море або навіть озері виникають самостійні приливні хвилі і переміщення мас води всередині цих морів і озер. Але чим менше море або озеро, тим менше води переміщається в ньому від одного берега до іншого і тим менше припливи і відливи. Наприклад, в Середземному морі припливи досягають 1-2 м, а в Чорному морі - 10 см.

Така в загальних рисах картина припливів і відливів і причина їх виникнення.

При більш детальному вивченні припливів і відливів спостерігаються такі дуже цікаві і дуже складні явища.

Момент повної води в даній місцевості не збігається з кульмінацією Місяця, а завжди запізнюється. Це відбувається тому, що тертя води об дно океанів і внутрішнє тертя води кілька затримують рух приливної хвилі і вона не встигає, так би мовити, за Місяцем. Приливна хвиля досягає даного пункту в океані лише через деякий проміжок часу після кульмінації Місяця, так що пряма лінія, проведена через приливні виступи на протилежних сторонах земної кулі, проходить на схід від напрямку з центру Землі на Місяць (рис. 2).

Величина запізнювання припливів в даній місцевості в порівнянні з моментом кульмінації Місяця називається «прикладним годиною».

Мал. 2. Для спостерігача в М 'Місяць кульминирует. Гребені приливної хвилі знаходяться в цей час на лінії NM.

У різних місцевостях «прикладної годину» різний, так як він залежить від особливостей рельєфу дна і берегів. Наприклад, в Остенде (Бельгія) «прикладної годину» дорівнює в середньому 25 хвилинам, в Гібралтарі - 1 годині 47 хвилинах, в Бресті (Франція) - 3 години 46 хвилин, в деяких затоках Білого моря - 5 годинах і т. Д.

В одній і тій же місцевості висота припливів день у день змінюється. Це пов'язано перш за все з тим, що відстань від Місяця до Землі і висота Місяця над горизонтом в даній місцевості в момент кульмінації весь час змінюються. Змінюється в зв'язку з цим і величина діючої приливоутворюючої сили. Існує така формула для приливоутворюючої сили, що діє на одиницю маси на поверхні Землі в момент кульмінації Місяця:

F = (2f MR / r 3) sqrt (1 - 3/4 cos h)

де f - постійна тяжіння, М - маса Місяця, R - радіус Землі, r- відстань від Місяця до Землі, h - висота Місяця над горизонтом в момент кульмінації, sqrt - квадратний корінь.

Протягом місяця відстань від Місяця до Землі змінюється приблизно від r = 365 тис. Км до r = 405 тис.км, а приливообразующая сила змінюється приблизно в 1,4 рази. Висота Місяця над горизонтом в момент кульмінації змінюється протягом місяця в середньому на 47 °, причому ця амплітуда змін коливається з періодом близько 19 років від 37 до 57 °; це призводить як до місячних коливань висоти припливів і відливів, так і до коливань з періодом близько 19 років.

Помітне приливної дію надає на Землю і Сонце, і з тієї ж причини, що і Місяць. Хоча Сонце знаходиться від Землі значно далі, ніж Місяць (в середньому в 389 разів), але його маса набагато більша за масу Місяця (в 27 млн. Разів), тому і вплив його також велике.

У моменти сизигій (т. Е. Коли Земля, Місяць і Сонце розташовуються на прямій лінії) сонячна і місячна приливні хвилі складаються один з одним, а в моменти квадратур (коли напрямки з Землі на Місяць і Сонце відрізняються один від одного на 90 °) сонячна приливна хвиля дещо підвищує рівень відпливу і дещо знижує рівень припливу. Тому висота припливів під час сизигій буває приблизно в 2,7 рази більше, ніж під час квадратур.

Крім зазначених основних причин коливання висоти припливів і відливів, існують і більш дрібні. Вони пов'язані головним чином з особливостями руху Місяця навколо Землі і Землі навколо Сонця.

Теоретично приливної дію багатодітній родині і і планети, але воно занадто мало, щоб його можна було виявити.

Під дією приливообразующих сил деформується не тільки водна оболонка, але і все тверде тіло Землі. Таким чином, приливні хвилі виникають і на твердій поверхні Землі. Їх би не було зовсім, якби Земля була абсолютно твердої. І навпаки, вони були б найбільшими, якби Земля була рідкою. Спостереження приливних хвиль на твердій поверхні Землі дозволяють судити про пружність речовини Землі. Ці спостереження показують, що Земля за своєю пружності має властивості сталевої кулі.

Приливоутворюючої сили викликають також деформації повітряної оболонки Землі. Вони знаходять своє вираження перш за все в періодичних коливаннях атмосферного тиску. Виявляються також періодичні зміни властивостей різних шарів атмосфери.

Припливи і відливи переміщують великі маси води, і люди давно стали замислюватися над тим, як би змусити ці маси води обертати колеса турбін, що виробляють електроенергію. В останні роки питання це вже практично вирішене, і в найближчому майбутньому людина широко використовуватиме енергію припливів і відливів.

Принцип роботи припливної гідроелектростанції простий. У затоці, де спостерігаються більш-менш значні припливи і відливи, будується гребля, яка відокремлює частину затоки від океану. Під час припливу або відпливу утворюється різниця рівнів води між океаном і відокремленою частиною затоки. Вода по спеціальному каналу спрямовується крізь греблю зверху вниз і приводить в рух встановлені там турбіни.

На приливної електростанції зручні так звані реверсивні турбіни. Вони обертаються то в одну (під час припливу), то в іншу (під час відливу) сторону.

Приливні гідроелектростанції проектуються у Франції, США, Англії та в багатьох інших країнах. В СРСР розпочато будівництво дослідної приливної гідроелектростанції в Кислого губі на узбережжі Кольського півострова.