Физическая сущность явления приливов и отливов

Периодические колебания уровня моря, возникающие в результате совокупного действия сил притяжения Луны и Солнца на водные массы, называются приливами(процесс повышения уровня воды) и отливами (процесс понижения уровня воды).

Впервые теория приливов была разработана английским физиком, астрономом и математиком Исааком Ньютоном (04.01.1643¸31.03.1727) в его труде «Математические начала натуральной философии» (изд. 1687 г.).

Теория Ньютона была дополнена французским астрономом, математиком и физиком Пьером Симоном Лапласом (28.03.1749¸05.03.1827) в его пятитомном труде «Трактат о небесной механике» (1798¸1825).

В соответствии с законом всемирного тяготения Луна и Солнце притягивают к себе каждую частицу Земли с силой (F) пропорциональной их массам (М) и обратно пропорциональной квадрату расстояния между Луной (Солнцем) и данной частицей Земли.

(34.1)

где М – масса Луны (7,35 × 10²⁵ г) или Солнца (1,989 × 10³³ г);

d – расстояние от частицы Земли до центра Луны (384.404,377 км) или Солнца (149.597.807 км);

k – коэффициент тяготения.

Приливообразующая сила Солнца примерно в 2,17 раза меньше, чем приливообразующая сила Луны.

Под влиянием приливообразующих сил только Луны водная оболочка Земли теряет свою сферическую форму и принимает вид приливного эллипсоида, который своей большой осью всегда располагается в сторону Луны.

Из рис. 34.1. следует, что наибольшие приливы в течении лунных суток (24 ч 50 м) – при условии нахождения Луны в плоскости экватора Земли – будут наблюдаться именно на экваторе и уменьшаются по направлению к полюсам.

Но на явление приливов и отливов влияет и Солнце с приливообразующей силой в ~ 2,17 раза меньшей, чем у Луны, в течении солнечных суток (24 ч 00 м).

 

Рис. 34.1. Приливообразующая сила Луны

 

Таким образом, приливы на Земле являются совокупными лунно-солнечными и периодически изменяются в зависимости от взаимного расположения в пространстве Луны, Солнца и Земли.

В полнолуние и новолуние (рис. 34.2), когда Солнце, Луна и Земля находятся на одной линии, приливные эллипсоиды Луны и Солнца складываются и вызывают наибольшие приливы, которые называются сизигийными.

 

Рис. 34.2. Приливообразующая сила Луны и Солнца

Когда Луна будет в I-й или III-й (последней) четверти приливные эллипсоиды Луны и Солнца направлены под углом 90° один к другому и величина прилива будет наименьшей. Такие приливы называются квадратурными.

В промежутках между сизигиями и квадратурами приливы имеют промежуточныезначения.

На приливно-отливные явления оказывают влияние:

1.Ž взаимное расположение Земли, Луны и Солнца;

2.Ž изменение склонения Луны;

3.Ž изменение расстояния между Землей и Луной;

4.Ž физико-географические условия (глубина моря, очертания берега и пр.).

Наибольшие приливы наблюдаются: в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады) – до 18 м; в Пенжинской губе (Охотское море) – до 12 м. Для Черного моря суммарная величина прилива составляет около 12 см, а для Балтийского всего 5 см.

По своей периодичности приливы подразделяются на:

1. Полусуточные® в каждые лунные сутки бывает 2 полные и 2 малые воды. Такие приливы преобладают в морях и океанах; хорошо выражены в Атлантическом океане и вдоль Мурманского берега Баренцева моря;

2. Суточные ® в течении лунных суток бывает 1 полная и 1 малая вода. Такие приливы встречаются редко и, главным образом, в морях Тихого океана.

3. Смешанные ® характеризуются более сложными приливо-отливными явлениями. Распространены в Индийском и Тихом океанах.

По характеру изменения уровня воды приливы делятся на:

1. Правильные® при которых время роста (Т_Р) и время падения (Т_П) высоты последующих полных и малых вод одинаковы или почти одинаковы;

2. Неправильные ® при которых указанные элементы прилива могут значительно отличаться.