Svet fyziky Sily prílivu a odlivu
Sven Titz, Hermann-Friedrich Wagner 22. marca 2007
Keď voda na pláži pomaly ustupuje, mesiac má v sebe neviditeľnú ruku - to vie každé dieťa. Ako sa však výška a trvanie prílivu a odlivu vyskytujú podrobne, je možné vysvetliť iba interakciou príťažlivých síl medzi zemou a mesiacom a medzi zemou a slnkom. Sklon zemskej osi, sklon obežnej dráhy Zeme k obežnej dráhe Mesiaca a geografia tiež ovplyvňujú príliv a odliv.
Základný jav sa však odohráva medzi zemou a mesiacom. Gravitačná sila mesiaca tiahne hmotu planéty. Pretože sila tejto sily klesá so vzdialenosťou, dochádza k prílivu a odlivu.
Na strane Zeme, ktorá je obrátená k Mesiacu, je gravitačná sila, ktorú na Zem vyvíja, o niečo väčšia ako v strede Zeme. Zemská kôra tomuto rozdielu síl ťažko ustupuje, ale voda oceánov sleduje ťahanie mesačnej gravitácie - voda sa pohybuje smerom k Mesiacu a vytvára povodňovú horu.
Ale na opačnej strane Zeme je to presne naopak. Tam je príťažlivosť Mesiaca o niečo menšia ako v strede Zeme. Preto tam voda takpovediac stráca zem pod ňou a hladina mora stúpa - voda sa vzďaľuje od Mesiaca a vytvára druhú povodňovú horu.
Dve povodňové hory však nie sú úplne rovnako veľké. Pretože sila, ktorá spôsobuje hromadenie prílivu, je na strane privrátenej k Mesiacu o sedem percent silnejšia ako na zadnej strane. Tento rozdiel je spôsobený tým, že gradient gravitačnej sily - stupeň jej priestorovej zmeny - závisí nelineárne od vzdialenosti: sila gradientu je nepriamo úmerná kocke vzdialenosti medzi dvoma hmotami (zatiaľ čo samotná sila je nepriamo úmerná štvorcu).
V oblastiach medzi dvoma povodňovými horami je príliv, t. J. Nedostatok vody, pretože odtiaľ je voda „odťahovaná“ do povodňových oblastí.
Nehraje odstredivá sila Zeme tiež úlohu prílivu a odlivu vo vzťahu k systému Zem - Mesiac? Stále sa často používa na vysvetlenie druhej povodňovej hory na strane odvrátenej od Mesiaca. Zohľadnenie odstredivej sily však iba robí vysvetlenie ťažkopádnejším, bez toho, aby bola odstredivá sila dôležitá pre výskyt prílivu a odlivu (pozri informačné okno).
Vplyv rotácie Zeme
Vlastný pohyb Zeme, teda rotácia Zeme okolo seba, je pre prílivy a odlivy mimoriadne dôležitý, pretože ich vnímame - bez zemskej rotácie by sa príliv a odliv nepohybovali po zemskom povrchu, ale boli by fixované na jednom mieste. Ale pretože mesiac rotuje okolo Zeme za 27,3 dňa, t. J. 27,3-krát pomalšie ako Zem okolo seba, zemský povrch sa neustále vzďaľuje východným smerom pod povodňovými horami a prílivovými údoliami. Povodná hora sa tak pohybuje západným smerom okolo Zeme.
Kombinácia samočinnej rotácie s kombinovanou rotáciou Zeme a Mesiaca znamená, že to netrvá presne 24 hodín, kým sa ten istý bod našej planéty opäť otočí tvárou k Mesiacu, a teda má potopnú horu, ale o niečo dlhšie: 24 hodín a 50 minút. Príliv - to je časový interval medzi prílivom a prílivom alebo medzi prílivom a odlivom - je o polovicu kratší: trvá každý 12 hodín a 25 minút.
Žiadny jarný príliv bez slnka
Nipptide a Springtide
Aby sme pochopili jav prílivu a odlivu, je potrebné okrem Mesiaca brať do úvahy aj vplyv nášho ďalšieho blízkeho vesmírneho spoločníka. Pretože centrálna hviezda ovplyvňuje príliv a odliv svojou gravitačnou silou podobným spôsobom ako Mesiac - aj keď menej silno. Gravitačná sila, ktorú slnko vyvíja na zem, je asi 200-krát väčšia ako gravitačná sila Mesiaca v dôsledku veľkej hmotnosti slnka, ale pretože je slnko asi 400-krát tak ďaleko od Zeme ako Mesiac, prílivová sila je slnko. (gradient ich gravitačnej sily) menší ako sklon Mesiaca. Pretože gravitačný gradient klesá so vzdialenosťou rýchlejšie ako sila. Preto je prílivová sila slnka v porovnaní s našou družicou iba 46 percent.
Podľa toho, ako sú slnko, mesiac a zem vzájomne umiestnené, slnko príliv a odliv zosilňuje alebo zoslabuje. Obzvlášť dôležité sú dve súhvezdia, v ktorých sú všetky tri nebeské telesá na jednej línii, teda nový mesiac a úplný mesiac. Potom sa zosilňujú prílivové vplyvy slnka a mesiaca a vyskytujú sa jarné prílivy a odlivy s obzvlášť vysokým prílivovým vrchom a obzvlášť nízkym prílivom (pozri jarný príliv v článku „Fyzika za vecami“). V prípade polmesiaca sa naopak oba vplyvy navzájom čiastočne kompenzujú. Existujú nipptidy, ktoré majú iba slabo výrazný príliv a odliv.
Príliv a pobrežie
Každý, kto už precestoval niekoľko pobreží sveta, samozrejme vie, že príliv a odliv nie sú všade rovnako silné. V Stredozemnom mori je prílivový rozsah na niektorých miestach sotva znateľný, zatiaľ čo rozdiel medzi prílivom a odlivom v Severnom mori je niekoľko metrov. Príčinu týchto rozdielov treba hľadať v geografii.
Samotné rozloženie kontinentov vytvára prekážky, a tým ovplyvňuje pohyby vody. Hĺbka a tvar oceánov tiež ovplyvňuje príliv a odliv. Z hľadiska fyziky je potrebné pracovať so systémom vynútených vibrácií v prepojených vodných nádržiach po celom svete. V závislosti na geografických podmienkach to môže viesť dokonca k rezonančným javom, ktoré kolísajú v prílivovom pásme. Malé okrajové moria na kontinentálnom šelfe (kontinentálne šelfy), ako napríklad Severné more, sú spojené s týmito vibráciami. Výsledkom je, že sila prílivu a odlivu v týchto oblastiach Zeme je týmito vibráciami často generovaná.
Ako poloha mesiaca ovplyvňuje príliv a odliv
V strede veľkých oceánov, ako je Tichý oceán, prílivový rozsah nedosahuje ani meter. Silný príliv a odliv je možné pozorovať iba v blízkosti pobrežia pevniny. Keď sa hĺbka vody zmenšuje, rýchlosť prílivového pohybu klesá - súčasne sa však zvyšuje prílivový rozsah. Tvar pobrežia má tiež silný vplyv na miestny vznik prílivu a odlivu. To môže viesť k výkyvom prílivových rozdielov od niekoľkých centimetrov po viac ako desať metrov. Rekord drží zátoka Fundy na východe Kanady, kde je rozdiel medzi prílivom a odlivom až štrnásť metrov.
Ako náklon Zeme deformuje príliv a odliv
Vysvetlenie prílivov a odlivov je trochu komplikovanejšie, keď si uvedomíte, že zemská os je naklonená a mesačná dráha je naklonená vzhľadom na obežnú dráhu. To spôsobuje asymetrie pri prílivu a odlivu. Pretože povodňové hory sú vždy na spojovacej čiare zem-mesiac, ale táto čiara nemusí nevyhnutne viesť cez rovník. Mesiac sa môže pohybovať až 28,7 stupňa od nebeského rovníka na svojej trajektórii po oblohe. Preto povodňové pohorie pravidelne mení svoju polohu voči rovníku.