תוֹכֶן
- ניוטון הסביר את כוח הגאות בזמן מבחינת כוח המשיכה
- הסיבה שיש שני גאות ושפל ביום
- השפעות מסלול הירחים
- השמש משפיעה גם על גאות והשפל
- גאות ושפל בעולם האמיתי של אגני האוקיאנוס
- הגאות והשפל מושפעים גם מאירועי מזג אוויר וגאולוגיה
לעלייתם ולנפילתם של הגאות והשפל יש השפעה עמוקה על החיים בכדור הארץ. כל עוד היו קהילות חוף התלויות בים למזון, אנשים מתזמנים את פעילויות איסוף המזון שלהם בכדי להיות בהרמוניה עם הגאות והשפל. צמחים ימיים ובעלי חיים מצידם הסתגלו לגלישה ומחזורית במחזוריות בדרכים גאוניות רבות.
הכבידה גורמת לגאות והשפל, אך מחזור הגאות והשפל אינו מסונכרן לתנועתו של כל גוף שמימי בודד. קל לדמיין שהירחים מה שמשפיע על האוקיאנוסים גאות ושפל בכדור הארץ, אבל זה יותר מסובך מזה. השמש משפיעה גם על הגאות והשפל.
אפילו כוכבי לכת אחרים, כמו ונוס ויופיטר, מפעילים השפעות כבידה שיש להם השפעה זעירה. עם זאת, צירפו את כל ההשפעות הללו ואפילו הם לא יכולים להסביר את העובדה שכל נקודה נתונה בכדור הארץ חווה שתי גאות ושפל ביום. הסבר זה דורש הערכה לאופן בו כדור הארץ והירח סביב זה סביב זה.
זה אידיאליזציה לשקול את הגאות והשפל כתוצאה אך ורק של כוחות כבידה. דפוסי מזג האוויר בכדור הארץ, יחד עם מבנה פני כדור הארץ, משפיעים גם הם על תנועת המים באגני הים. מטאורולוגים חייבים לקחת בחשבון את כל הגורמים הללו בעת חיזוי הגאות והשפל עבור יישוב מסוים.
ניוטון הסביר את כוח הגאות בזמן מבחינת כוח המשיכה
כשאתה חושב על סר אייזק ניוטון, אתה עלול לדמיין את דמותו המוכרת של הפיזיקאי / מתמטיקאי האנגלי שנפגע בראשו על ידי תפוח נופל. התמונה מזכירה לך שניוטון, שיצא מתוך יצירתו של יוהנס קפלר, ניסח את חוק הכבידה האוניברסאלי, שהיה פריצת דרך משמעותית להבנתנו את היקום. הוא השתמש בחוק זה כדי להסביר את הגאות והשפל ולהפריך את גלילאו גליליי, שהאמין כי הגאות והשפל הוא התוצאה היחידה של תנועת כדור הארץ סביב השמש.
ניוטון גזר את חוק הכבידה מהחוק השלישי של קפלרס, הקובע כי ריבוע תקופת הסיבוב של כוכבי הלכת פרופורציונלי לקוביית המרחק שלו מהשמש. ניוטון הכלל זאת לכל הגופים ביקום ולא רק לכוכבי הלכת. החוק קובע כי עבור כל שני גופות המוניות M1 ו M2, מופרדים על ידי מרחק r, כוח הכבידה ו ביניהם ניתן על ידי:
F = Gm1M2/ r2
איפה ז הוא קבוע הכבידה.
זה מייד אומר לך מדוע לירח, שהוא כה קטן מהשמש, יש השפעה רבה יותר על גאות ושפל של כדור הארץ. הסיבה היא שזה קרוב יותר. כוח הכבידה משתנה ישירות עם הכוח הראשון של המסה אך הפוך עם הכוח השני של המרחק, כך שההפרדה בין שני גופים חשובה יותר מההמונים שלהם. כפי שמתברר, השפעת השמשות על הגאות והשפל היא כמחצית מזו של הירח.
כוכבי לכת אחרים, שהם שניהם קטנים יותר מהשמש ומרוחקים יותר מהירח, משפיעים באופן זניח על הגאות והשפל. ההשפעה של ונוס, שהיא כוכב הלכת הקרוב ביותר לכדור הארץ, היא פי 10,000 פחות מזו של השמש והירח יחד. ליופיטר השפעה אפילו פחותה - עשירית מזו של ונוס.
הסיבה שיש שני גאות ושפל ביום
כדור הארץ גדול כל כך מהירח עד כי נראה כי הירח מקיף אותו סביבו, אך האמת היא שהם סובבים סביב מרכז משותף, המכונה "מרכז הבארי". גודלו כ -1,068 מיילים מתחת לפני האדמה בקו המשתרע ממרכז כדור הארץ למרכז הירח. סיבוב כדור הארץ סביב נקודה זו יוצר כוח צנטריפוגלי על פני כדור הארץ שהוא זהה בכל נקודה על פני השטח שלו.
כוח צנטריפוגלי הוא כזו הדוחפת גוף ממרכז הסיבוב. כמו מים שנזרקים מראשה ממטרה מסתובבת. בנקודה אקראית - נקודה א - בצד כדור הארץ הפונה לירח, הכבידה של הירחים מורגשת כחזקה ביותר, וכוח המשיכה משלב עם הכוח הצנטריפוגלי ליצירת גאות גבוהה.
עם זאת, 12 שעות לאחר מכן, כדור הארץ הסתובב והצביע א נמצא המרוחק ביותר מהירח. בגלל הגדלת המרחק, השווה לקוטר כדור הארץ (כמעט 8,000 מיילים או 12,874 ק"מ), נקודה A חווה את האטרקציה הכבדית הירחית החלשה ביותר, אך הכוח הצנטריפוגלי אינו משתנה והתוצאה היא גאות שניה שנייה.
מדענים מתארים זאת באופן גרפי כבועת מים מוארכת המקיפה את כדור הארץ. זה אידיאליזציה, מכיוון שהוא מניח שכדור הארץ מכוסה באופן אחיד במים, אך הוא מספק מודל מעשי של טווח הגאות והשפל בגלל כבידה של הירחים.
בנקודות המופרדות מציר ירח כדור הארץ על ידי 90 מעלות, מספיק המרכיב הנורמלי בכבידה של הירחים כדי להתגבר על הכוח הצנטריפוגלי, והתפיחה משטחת. השיטוח הזה תואם גאות ושפל.
השפעות מסלול הירחים
הבליטה המדומה המקיפה את כדור הארץ היא בערך אליפסה עם ציר חצי עיקרי לאורך הקו המחבר את מרכז כדור הארץ למרכז הירח. אם הירח היה נייח במסלולו, כל נקודה על כדור הארץ הייתה חווה גאות ושפל בשפל באותה שעה בכל יום, אך הירח אינו נייח. הוא נע 13.2 מעלות בכל יום ביחס לכוכבים, כך שגם הכיוון של הציר העיקרי של הבליטה משתנה.
כאשר נקודה בציר הראשי של הבליטה משלימה סיבוב, הציר הראשי זז. זה לוקח 4 דקות לסובב את כדור הארץ דרך תואר בודד, והציר הראשי זז ב 13 מעלות, כך שכדור הארץ צריך להסתובב במשך 53 דקות נוספות לפני שהנקודה תחזור על הציר העיקרי של הבליטה. אם תנועות מסלולי הירח היו הגורם היחיד שהשפיע על הגאות והשפל (התראת ספוילר: זה לא), הגאות הייתה מתרחשת 53 דקות מאוחר יותר בכל יום לנקודה על קו קו המשווה.
מבחינת השפעת הירחים על הגאות והשפל, שני גורמים נוספים משפיעים על תזמון הגאות והשפל ועל גובה המים.
השמש משפיעה גם על גאות והשפל
כוח הכבידה של השמשות יוצר בליטה שנייה בבועה הדמיונית המקיפה את כדור הארץ, וצירו נמצא לאורך הקו המחבר את כדור הארץ לשמש. הציר מתקדם כ -1 מעלות ליום כשהוא עוקב אחר מיקום השמש לכאורה בשמש והוא מוארך בערך כמחצית כמו הבועה שנוצרה על ידי הכבידה של הירחים.
בתורת שיווי המשקל של הגאות והשפל, המולידה את מודל הבועה של גאות והשפל, הצבת העל של הבועה שנוצרה על ידי כוח הכבידה של הירחים ושזו שנוצרה על ידי הכבידה של השמשות צריכה לספק דרך לחזות את הגאות והשפל היומיומית בכל יישוב.
אולם הדברים אינם פשוטים מכיוון שכדור הארץ אינו מכוסה על ידי אוקיינוס ענק. יש בה מסות יבשות שיוצרים שלושה אגני אוקיינוס המחוברים במעברים צרים למדי. עם זאת, כוח הכבידה של השמשות אכן משתלב עם זה של הירח ליצירת פסגות דו-חודשיות בגובה הגאות והשפל ברחבי העולם.
גאות ושפל באביב וגאות: גאות ושפל באביב אין קשר לעונת האביב. הם מתרחשים בירח חדש וירח מלא, כאשר השמש והירח מיושרים עם כדור הארץ. ההשפעות הכבידתיות של שני הגופים השמימיים הללו מתחברים לייצור מים גאות ושפל גבוהה במיוחד.
גאות ושפל באביב מתרחשות, בממוצע, כל שבועיים. כשבוע לאחר כל גאות האביב, ציר ירח כדור הארץ ניצב לציר השמש של כדור הארץ. השפעות הכבידה של השמש והירח מבטלות זו את זו, והגאות והשפל נמוכות מהרגיל. אלה ידועים כגאות ושפל.
גאות ושפל בעולם האמיתי של אגני האוקיאנוס
מלבד שלושת אגן האוקיאנוס העיקרי - האוקיאנוס השקט, האוקיאנוס האטלנטי וההודי - ישנם כמה אגנים קטנים יותר, כמו הים התיכון, הים האדום והמפרץ הפרסי. כל אגן דומה למכל, וכפי שאתה יכול לראות כשאתה מטה כוס מים קדימה ואחורה, מים נוטים לזלול בין קירות המכולה.למים בכל אחד מאגני העולמות יש תקופת תנודה טבעית, וזה יכול לשנות את כוח הגאות הכבידתי של השמש והירח.
תקופת האוקיאנוס השקט, למשל, היא 25 שעות, מה שעוזר להסביר מדוע יש רק גאות גבוהה אחת ביום בחלקים רבים של האוקיאנוס השקט. לעומת זאת, תקופת האוקיאנוס האטלנטי היא 12.5 שעות, כך שבאוקיינוס האטלנטי ישנם בדרך כלל שני גאות ושפל. מעניין לציין שבאמצעות אגן מים גדולים לרוב אין גאות ושפל, מכיוון שהתנודה הטבעית של מים נוטה להיות נקודת אפס במרכז האגן.
הגאות והשפל נוטה להיות גבוהה יותר במים רדודים או במים הנכנסים לחלל סגור, כמו מפרץ. מפרץ הפאנדי בים הקנדי חווה את הגאות והשפל הגבוה בעולם. צורת המפרץ יוצרת תנודה טבעית של מים היוצרים תהודה עם תנודת האוקיאנוס האטלנטי ליצירת הפרש גובה של כמעט 40 מטר בין גאות ושפל.
הגאות והשפל מושפעים גם מאירועי מזג אוויר וגאולוגיה
לפני אימוץ השם צונאמישמשמעותה "גל גדול" ביפנית, אוקיינווגרפים נהגו להתייחס לתנועות הגדולות של מים העוקבות אחר רעידות אדמה והוריקנים כגלים גאות ושפל. אלה בעצם גלי הלם העוברים במים ליצירת מים גבוהים הרסניים בחוף.
רוחות גבוהות מתמשכות יכולות לעזור בהובלת מים לעבר החוף וליצור גאות ושפל המכונה נחשולים. עבור יישובים בחוף, נחשולי מתח אלה הם לרוב ההשפעות של סערות טרופיות והוריקנים.
זה יכול לעבוד גם הפוך. רוחות ימיות חזקות יכולות לדחוף מים לים וליצור גאות ושפל במיוחד. סופות גדולות נוטות להתרחש באזורים של לחץ אוויר נמוך, המכונים שקעים. משבי אוויר נכנסים ממסות אוויר בלחץ גבוה לשקעים אלה, והמטרות מניעות את המים.