Proč dochází k přílivům a odlivům? Série článků o úžasných a zajímavých faktech o vodě

Jednou se mě zeptali, kdy mám ve čtvrtek volno, a já odpověděl: „Musím se podívat na Tidechart.“ Surfařův rozvrh je dán přílivem a odlivem. Ale podrobně rozeberu, na čem závisí.

Co jsou přílivy a odlivy

Oceán je v neustálém pohybu a to je vyjádřeno nejen vlnami tříštícími se o pobřeží, ale i neustálými změnami vodních hladin. Pokud strávíte na pláži celý den, všimnete si, že se pláž zužuje a rozšiřuje a vlny, které ještě před hodinou hučely asi 5 metrů daleko, se najednou převalují přímo na vaše nohy a hrozí, že vám spláchnou flip. – žabky a lehátka.

Hladina vody se tedy neustále mění. Když voda stoupá, je příliv, když klesá, je odliv. Domnívám se, že pojmy maximum a minimum vody není třeba vysvětlovat. Příliv a odliv závisí na slunci, měsíci a denní rotaci Země. Slunce a Měsíc přitahují zemskou vodu vlivem gravitačních sil. Pokud jste zapomněli, gravitace je úměrná hmotnosti a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti. Slunce je obecně velké a daleko, jeho gravitace působí na celou planetu a způsobuje její rotaci na oběžné dráze, ale protože je voda plastičtější, je poněkud přitažena ke slunci. Měsíc, i když je mnohem menší než Slunce, je mnohem blíže, což znamená, že gravitační interakce s ním je také patrná.

Pokud vás zajímají přesná čísla, pak gravitační síla Slunce je Fc = 3,6 × 1022 N a gravitační síla Měsíce je Fl = 2 × 1020 N.

Teoreticky by měla být voda natažena do „kapky“ se znatelným hrbolem směřujícím k výsledné síle, která se počítá podle pravidla sčítání vektorů. Ve skutečnosti je však na opačné straně i druhý tuberkul a mechanismus jeho vzniku je o něco mazanější. Jsme zvyklí říkat, že Měsíc obíhá kolem Země, i když ve skutečnosti jsou oba tyto objekty masivní a obíhají kolem svého společného těžiště. Nachází se právě uvnitř Země, asi 2/3 poloměru od středu k povrchu. Toho si můžete všimnout právě tím, že druhý val vody na straně Země odvrácené od Měsíce je vytahován setrvačností, kterou lze v tomto případě pro pochopení nazvat odstředivou silou.

Když se podíváte z vesmíru, pak za 24 hodin Země udělá úplnou revoluci a každý bod planety projde pod oběma pahorky, tady jsou – dva přílivy denně. Z pohledu člověka stojícího na zemi si lze příliv představit jako obrovský prstenec vody, který obepíná Zemi a za den kolem ní udělá úplnou revoluci.

Proč se příliv a odliv liší výškou?

Nyní se blíže podíváme na graf vodní hladiny za daný měsíc. Je jasně vidět, že maximum a minimum vody jsou někdy velmi rozdílné a někdy naopak mírně kolísají kolem průměrné hladiny. To je způsobeno změnami fáze měsíce. Při novoluní a úplňku se Měsíc a Slunce řadí do jedné linie a síla jejich přitažlivosti se sčítá a v obdobích, kdy jsou osy Země-Měsíc a Země-Slunce kolmé, se naopak tahem v různých směrech, průměrování změny hladiny vody.

Všechno by bylo v pořádku, ale popsaný obrázek je velmi idealizovaný – přesně takový by byl, kdyby byla celá země pokryta rovnoměrnou vrstvou vody. Ve skutečnosti mají ostrovy, kontinenty a dokonce i hloubka mořského dna silný vliv na trajektorii vody. Ve výsledku se ukazuje, že někde jsou odlivy a odlivy ve výšce téměř stejné, jinde je naopak rozdíl ohromující. Když se tedy přílivový hrb na své cestě setká s širokým pobřežím kontinentu, voda nemá kam jít a „zadní řady“ se také tlačí dopředu, v důsledku toho se příliv zesílí. Světovým rekordmanem v přílivu a odlivu je kanadský záliv Fundy, kde byl zaznamenán pokles hladiny o 16,3 metru. Některé regiony Spojeného království, mezi Anglií a Walesem, také pravidelně zažívají příliv až 15 metrů. Ale na malých ostrovech ztracených v oceánu tato vlna prochází bez povšimnutí, kde se hladina vody během dne mírně mění, doslova o 1-2 metry. Ale např. v úžině u pobřeží Aljašky a v Mexickém zálivu je pouze jeden příliv a jeden odliv denně, to není žádná anomálie, je to jen taková kombinace struktury dna, tzv. pobřeží a proudy.

Co s tím má společného surfování?

Proč se surfaři zajímají o příliv a odliv? Protože tam, kde je rozdíl ve výšce vody výrazný, ovlivňuje kvalitu vln a výkon spotů. Při odlivu, kdy je málo vody, je dno blízko, vlna stoupá ostřeji a může se uzavřít po celé délce. Naopak při přílivu je vody příliš mnoho a vlna může být „tučná“, to znamená, že je těžké na ni dopádlovat. Obecně je vztah mezi provozem spotu a hladinou vody individuální a závisí na konkrétní konfiguraci dna. Takže při výběru místa pro surfování musíte také zjistit, na jaké vodě to funguje a v kolik hodin je tato voda podle plánu, a z toho můžete vytvořit zbytek denní rutiny.

Odlivy a odlivy jsou periodické zvyšování a snižování hladiny vody v oceánech a mořích. Dvakrát během dne, v intervalu asi 12 hodin 25 minut, se voda u břehu oceánu nebo otevřeného moře zvedne, a pokud nejsou žádné překážky, někdy zaplaví velké prostory – tak dochází k přílivu a odlivu. hladina vody klesá a voda ustupuje a obnažuje dno – tak dochází k přílivu .

Už v dávných dobách lidé spojovali odliv a odliv s Měsícem. Ve skutečnosti je hlavní příčinou přílivu a odlivu, jak Newton poprvé zdůraznil, přitahování Země Měsícem, přesněji rozdíl mezi přitahováním Měsíce k celé Zemi jako celku na jedné straně a na druhé straně vodní skořápka planety.

Newtonova teorie vysvětluje odliv a odliv následovně. Přitahování Země Měsícem spočívá v přitahování jednotlivých částic Země Měsícem. Částice, které jsou aktuálně blíže Měsíci, jsou jím přitahovány silněji a částice vzdálenější jsou přitahovány méně. Pokud by Země byla absolutně pevná, pak by tento rozdíl v gravitační síle nehrál žádnou roli. Ale Země není absolutně pevné těleso. Proto rozdíl v přitažlivých silách částic umístěných blízko povrchu Země a blízko jejího středu (tento rozdíl se nazývá slapová síla) posunuje částice vůči sobě navzájem a vodní obal Země je deformován.

Výsledkem je, že na straně Země přivrácené k Měsíci a na opačné straně (červené výdutě) stoupá voda a vytváří slapové výdutě a přebytečná voda se tam hromadí. Kvůli tomu v tuto dobu hladina vody v bodech stejně vzdálených od Měsíce (označených červenými šipkami) klesá – je zde nízký příliv.

Slapové projekce mají tendenci zachovávat stejnou polohu vůči Měsíci, a pokud by se Země neotáčela a Měsíc zůstal nehybný, pak by si Země spolu se svým vodnatým obalem udržela stále stejně protáhlý tvar. Ale Země se otáčí a Měsíc se pohybuje kolem Země a pro pozorovatele na Zemi se Měsíc otáčí kolem Země asi za 24 hodin 50 minut. Se stejnou periodou sledují slapové vrcholy Měsíc a pohybují se po povrchu oceánů a moří z východu na západ. Protože existují dvě takové projekce, přílivová vlna prochází nad každým bodem v oceánu dvakrát denně s intervalem asi 12 hodin a 25 minut.

Na otevřeném oceánu voda mírně stoupá, když projde přílivová vlna (asi o 1 m nebo méně), což zůstává pro námořníky téměř nepostřehnutelné. Ale u pobřeží je i takový vzestup hladiny patrný. V zátokách a úzkých zátokách se hladina vody během přílivu zvedne mnohem výše, protože břeh brání pohybu přílivové vlny a voda se zde hromadí po celou dobu mezi odlivem a přílivem. Nejvyšší příliv (asi 18 m) je pozorován v jedné ze zátok na pobřeží Kanady. V Rusku se nejvyšší příliv (asi 13 m) vyskytuje v zálivech Gizhiginsk a Penzhinsk v Ochotském moři. Ve vnitrozemských mořích, například v Baltském a Černém moři, jsou odlivy a odlivy téměř nepostřehnutelné, protože masy vody pohybující se spolu s oceánskou přílivovou vlnou nemají čas proniknout do těchto moří během doby odlivu. k přílivu. Pravda, v každém uzavřeném moři či dokonce jezeře vznikají nezávislé přílivové vlny, které s sebou ale nesou relativně malé masy vody. Výška přílivu a odlivu v Černém moři dosahuje pouhých 10 cm.

Ve stejné oblasti není výška přílivu konstantní, protože vzdálenost od Měsíce k Zemi a maximální výška Měsíce nad obzorem se v průběhu času nemění, což vede ke změně velikosti slapové síly. Zejména změna vzdálenosti Měsíce od Země v průběhu měsíce z 356 tisíc km na 406 tisíc km vede ke změně těchto sil faktorem 1,4.

Slunce má také znatelný slapový efekt. Je spočítáno, že v průměru jsou slapové síly Slunce 2,2krát menší než slapové síly Měsíce.

Během novoluní a úplňku působí slapové síly Slunce a Měsíce stejným směrem a dochází k nejvyššímu přílivu a odlivu. Zdá se, že během první a třetí čtvrti Měsíce se slapové síly Slunce a Měsíce navzájem proti sobě a příliv a odliv je mnohem menší. Mnoho zemí vydává „tabulky přílivu a odlivu“, které udávají výšku přílivu v různých přístavech každou hodinu po všechny dny v roce.

Slapové jevy se vyskytují nejen ve vodě, ale také ve vzdušném obalu Země (atmosférické přílivy) a také v pevném tělese Země (protože Země není absolutně pevná). Vertikální výkyvy zemského povrchu v důsledku přílivu a odlivu dosahují několika desítek centimetrů.

Vzhledem k vysoké frekvenci těchto jevů a díky přesunu velkého množství vody prokázaly svou ekonomickou efektivitu přílivové elektrárny, ve kterých masy vody pohybující se při odlivu a odlivu roztáčí kola turbín. V roce 1967 byla ve Francii uvedena do provozu přílivová elektrárna u ústí řeky Rane. V roce 1968 produkovala proud experimentální přílivová elektrárna postavená v SSSR v zálivu Kislaya nedaleko Murmansku. V budoucnu se plánuje výstavba dalších přílivových elektráren.