big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Приливы и отливы

Люди, живущие по берегам океанов и некоторых морей, ежедневно наблюдают, как море то наступает на берег, то снова отступает, обнажая широкую полосу морского дна. Эти периодические наступания и отступания моря на берег известны под названием приливов и отливов. За сутки обыкновенно наблюдаются два прилива и два отлива. Высота приливов различна. В открытом океане у берегов островов она достигает 0,5—1 м, у берегов же материков — 2 и даже 3 м. В узких проливах и сильно суженных заливах она может достигать 5, а в исключительных случаях даже 10 и 12 м.

Причины приливов и отливов. Наблюдения показали, что приливы в одном и том же месте в разное время бывают неодинаковы. Так, например, в период новолуния высота приливов обычно бывает большая, в период же квадратур, наоборот, меньшая. Эта связь между высотой приливов и положением Луны была замечена очень давно (более 2 тыс. лет назад), но впервые объяснить это явление удалось только в конце XVII в. известному математику Ньютону.

Это объяснение (в упрощенном виде) можно представить себе следующим образом.

Луна — ближайшее к Земле небесное тело. Понятно, что Земля притягивает к себе Луну, а Луна притягивает Землю. Сила притяжения двух тел, как это известно из физики, прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадратам расстояний между этими телами (точнее между центрами тяжести этих тел). Стало быть, Земля и Луна взаимно притягиваются, и силу их притяжения можно выразить так: (M*m)/(60R2), где М — масса Земли, m — масса Луны, а 60 R — это среднее расстояние между Землей и Луной,   равное   60   земным   радиусам.

Представим себе земной шар твердым телом, покрытым водной оболочкой, толщина которой всюду   одинакова.   Твердый   земной   шар притягивается к Луне с силой, равной (M*m)/(60R2), считая за точку приложения этой силы центр Земли (рис. 173). Водная же оболочка в районе точки А (рис. 174)   притягивается к Луне с большей силой, равной (M*m)/(59R2) (точка А ближе к Луне на длину земного радиуса). При этих условиях вода на полушарии, обращенном в сторону Луны, будет перемещаться к точке А, что и вызовет там прилив. То же самое произойдет в точке С, потому что водная оболочка здесь притягивается к Луне с меньшей силой, нежели твердый земной шар (сила притяжения к Луне в точке С= (M*m)/(61R2)). В точках же В и D благодаря перемещению воды в стороны точек А и С будут наблюдаться отливы.

Земной шар совершает свой полный оборот вокруг оси в 24 часа. Таким образом, через 6 час. точка А окажется в месте точки В, и там, где 6 час. назад был прилив, теперь будет отлив. Еще через 6 час. точка

А окажется на месте С и, стало быть, в точке А снова будет прилив и т. д. Следовательно, в каждой точке земной поверхности (на море) два раза в сутки будет наблюдаться прилив и столько же раз в сутки отлив. В нашем объяснении мы очень упрощенно представляли себе движение Земли и Луны. Между тем это движение в связи с взаимным притяжением, протекает значительно сложнее. Прежде всего не следует забывать, что Земля и   Луна    вращаются в   пространстве около одного общего центра тяжести их системы. Этот центр, естественно, не совпадает с центрами Луны и Земли, а находится где-то между ними. В силу значительно большей массы Земли центр тяжести системы Земли и Луны должен находиться все-таки внутри Земли в расстоянии, равном 0,73 радиуса Земли, считая от центра Земли. Таким образом, вращение системы (Земля — Луна) должно совершаться вокруг оси X X, проходящей через указанный нами центр тяжести системы (рис. 175).

Земля, Луна и ось, проходящая через общий центр тяжести системы Земля - Луна

Известно, что при вращении (одного ли тела или системы тел) всегда возникает центробежная сила. В результате действия этой силы Земля и Луна, вращающиеся около оси XX, стремятся к удалению друг от друга. Однако этого не происходит потому, что их взаимное притяжение полностью уравновешивает ту центробежную силу, которая здесь возникает.

Все наши рассуждения относительно уравновешивания центробежной силы взаимным притяжением Земли и Луны справедливы только для всей системы в целом. На самом же деле каждая отдельная материальная частица океана при тех же условиях вращения должна обладать некоторой собственной центробежной силой, которая вовсе не будет уравновешиваться силой притяжения Луны.

В результате вращения системы Земля — Луна около оси XX центробежные силы, возникающие во всех точках Земли, должны быть равны и иметь одно общее направление. Попробуем это выразить на чертеже (рис. 176). Обозначим эти центробежные силы пунктирными стрелками одинаковой длины. (Все стрелки направлены вправо, потому что Луна находится влево от оси вращения системы.) Кроме указанных центробежных сил, на каждую точку в то же' самое время действуют силы притяжения Луны. Эти силы, как нам уже известно, должны быть различны. На чертеже они изображены тонкими сплошными стрелками. Равнодействующая этих двух сил (изображенная на чертеже толстыми стрелками) выразит приливообразующие силы Луны. Таким образом, в каждой точке земного шара приливообразующая сила Луны есть равнодействующая между притяжением этой точки Луной и центробежной

Сложение сил центробежной и притяжения Луны

силой, приложенной к той же точке, возникшей от обращения системы Земля — Луна вокруг их общего центра тяжести.

Величина приливообразующих сил Луны и Солнца. На Землю воздействует не только Луна, но и Солнце. Однако приливообразующая сила Луны в 2,17 раза больше приливообразующей силы Солнца. Последнее не должно нас смущать, потому что огромным размерам Солнца здесь противопоставляется колоссальное расстояние от Земли до Солнца. Если расстояние от   Луны   до   центра Земли равно 60 земным радиусам, то среднее расстояние от Земли до Солнца — 23 500 земным радиусам.

Все это вместе взятое дает нам основание говорить, что приливообразующая сила Солнца по сравнению с приливообразующей силой Луны очень незначительна.

Полумесячные неравенства прилива. Два раза в месяц бывают дни, когда наблюдаются наибольшие приливы и два раза в месяц наименьшие. Первые имеют место в периоды, когда Луна находится в сизигии (в положении новолуния или полнолуния).

Из приложенного чертежа (рис. 177) видно, что приливообразующие силы Луны и Солнца в это время близки к совпадению, что и вызывает увеличение прилива. Совершенно другая картина наблюдается в периоды квадратур (первая и последняя четверти луны). Прилив, вызываемый Луной, ослабляется приливом, вызываемым Солнцем (рис. 178). В периоды квадратур приливы наименьшие.

Влияние материков, островов и характера берегов на приливы. До сих пор мы исходили из того положения, что земной шар покрыт водной оболочкой равномерно. На самом же деле океаны разделены материками и островами.

Материки и острова задерживают движение водных масс, и правильность приливов нарушается. Особенно большое запаздывание наблюдается в морях и заливах. В некоторых случаях запаздывание может быть настолько велико, что вместо двух приливов в сутки наблюдается только один.

Очень большое влияние на характер приливов оказывает форма залива. Так, например, в заливах воронкообразной формы высота приливов у входа в залив достигает 4—5 м, а в узком конце — 10 и даже 12 м. Наиболее яркими примерами подобных заливов являются Пенжинская губа Охотского моря и залив Фунди в Северной Америке (к северо-востоку от Нью-Йорка у полуострова Новая Шотландия).

Высота приливов в океанах, как уже говорилось, достигает 0,5—1 м. В морях и заливах она может быть и меньше и больше. Так, например в Балтийском море высота приливов не превышает 7—14 см, в Черном море 13 см. В Баренцевом море она достигает 4 м, а в Охотском (Пенжинская губа)  11 —12 м.

Приливы в устьях рек. Нередки случаи, когда приливы распространяются на устья и низовья рек, которые впадают в моря и заливы. Пришив распространяется от устья вверх по реке в виде поступательных волн, высота которых постепенно

Луна в сизигии

но уменьшается. Так, например, на р. св. Лаврентия, у г. Квебека (в 560 км от устья) максимальные приливы достигают 4—9 м, а вообще приливная волна распространяется до 700 км. На р. Амазонке приливы распространяются даже до 1400 км. Морская вода,  вступая в  реку, как более тяжелая, обычно идет по Дну.

В некоторых случаях во время прилива на реке образуется довольно крутой водяной вал, который движется против течения. Подобное явление обычно носит название бора. Во Франции на некоторых реках высота бора достигает 2 м, а на р. Амазонке даже 4—4,5 м.

Значение приливов. Приливы имеют огромное значение в деле морского судоходства. Существует немало гаваней с мелководным

Луна в квадратуре

входом, в которые глубоко сидящие океанские суда могут входить только во время приливов. Сюда в первую очередь относятся те города и гавани, которые расположены при устьях рек. Последнее делает понятным, почему морякам явления приливов и отливов необходимо особенно тщательно изучать.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.