Приливные силы луны. Луна и ее влияние на приливы и отливы. Нужна помощь по изучению какой-либы темы

Природу (в том случае, если тело обладает электрическим зарядом, неподвижным или движущимся относительно источников поля).

Так, в гравитационном поле нарастающей интенсивности (то есть с постоянным градиентом модуля силы тяжести) спиральная пружина будет свободно падать по прямой с нарастающим ускорением , растянувшись в направлении падения на постоянную величину настолько, чтобы её силы упругости уравновесили бы градиент интенсивности гравитационного поля.

Физическая природа приливных сил в поле гравитации

Для протяжённого тела, находящегося в гравитационном поле тяготеющей массы , силы гравитации различаются для ближней и дальней сторон тела. И разность этих сил ведёт к деформации тела в направлении градиента поля. Существенно, что напряжённость этого поля в случае, если оно создано точечными массами , уменьшается обратно пропорционально квадрату удаления от этих масс. Такое изотропное в пространстве поле есть центральное поле . Мерилом напряжённости гравитационного поля является ускорение свободного падения .

Благодаря тому, что в широком диапазоне значений напряжённости оказывается справедливым принцип суперпозиции полей, напряжённость поля всегда может быть найдена путём векторного суммирования полей, созданных отдельными частями источника поля в том случае, когда по условиям задачи его нельзя считать точечным. Не менее существенно и то обстоятельство, что в случае однородного по плотности протяжённого сферического тела удаётся представить создаваемое им поле как поле точечного источника, обладающего массой, равной массе протяжённого тела, сосредоточенной в его геометрическом центре.

В простейшем случае, для тяготеющей точечной массы M {\displaystyle M} на расстоянии R {\displaystyle R} ускорение свободного падения (то есть напряжённость совместно создаваемыми этими телами гравитационного поля)

a = G M R 2 , {\displaystyle a={\tfrac {GM}{R^{2}}},}

Приливные силы в технической механике

Проявление приливных сил в небесных телах, имеющих жидкую оболочку

Жидкости, покрывающие поверхность ряда планет, в том числе и вода, обладающие вязкостью , сопротивляются деформациям, что убедительно доказал Джоуль своим опытом по определению механического эквивалента тепловой энергии. Но практически в жидкой оболочке Земли, как и вообще в любой жидкости, деформации сдвига не приводят к проявлению сколько-нибудь заметного глобального эффекта, что подтверждается тем, что в жидкостях не могут существовать поперечные волны , а распространяющиеся в них звуковые волны носят продольный характер.

Не следует понимать взаимодействие Мирового океана с земной поверхностью упрощённо, то есть как вращение Земного шара внутри ориентированной постоянно на внешний объект тяготения капли Мирового океана. На самом деле вся масса воды вращается вместе с Землёй, которая отнюдь не «проворачивается» внутри этой капли. И каждая частица воды в пренебрежении течениями остаётся на одном и том же месте. Относительно Земли движется именно волна, и современная теория приливов основана именно на теории колебаний . Динамическая теория рассматривает Мировой океан как колебательную систему с периодом собственных колебаний около 30 часов, на которую действует возмущающая сила с периодом, равным половине суток. Этим, в частности, объясняется тот факт, что максимум прилива ещё не наступает при высоком стоянии Луны .

Дальнейшим развитием теории приливов стала «каналовая теория приливов», созданная Эйри с учётом влияния берегов и глубины вод.

Возникающее при относительном движении морского дна трение и удар берегов мирового океана о выступ водяной массы являются дополнительной причиной замедления скорости вращения Земли. Таким образом, приливные силы, тормозя вращение Земли, скорее препятствуют возникновению приливно-отливного эффекта, увеличивая время между его наступлениями.

Через миллиарды лет, если Земля, в силу внутреннего трения, будет повёрнута к Луне только одной стороной, приливы, как периодическое явление, не прекратятся, если сохранится вращение системы Земля - Луна вокруг общего центра вращения (но замедление этого вращения неизбежно вызовет удаление Луны от Земли). В этом случае приливно-отливные явления будут происходить лишь по причине вращения этой двойной системы в поле притяжения Солнца и Земли, хотя выраженность их заметно ослабнет. А периодичность будет определяться временем оборота системы вокруг общего центра вращения .

Большая часть объема космического пространства - это пустота. Но то тут, то там шарообразные сгустки материи - планеты, луны, звезды - проносятся мимо друг друга в исполинском танце.

Проделывая свои космические па, они силой гравитации действуют друг на друга, вызывая вспучивания океанических вод на поверхностях планет. Гравитация – это сила тяготения, действующая между всеми без исключения материальными объектами.

Что такое приливы и отливы?

Океанические приливы – это регулярные подъемы и падения уровня вод Мирового океана в ответ на гравитационные воздействия, то есть на силы притяжения. Когда воды океана поднимаются до самой высокой отметки, а это случается каждый 13 часов, это называется приливом. Когда вода опускается до самой низкой отметки, это называется отливом. Если вы приходите отдохнуть на морской пляж во время прилива, то наблюдаете эффект миров, проносящихся мимо Земли в вечном мраке космоса.

Материалы по теме:

Интересные факты о Луне

Что вызывает приливы?

Солнце, Луна и другие тела Солнечной системы воздействуют на воду и сушу Земли силой своей гравитации. Но практическое влияние оказывают только Луна и Солнце. Солнце, хотя оно очень далеко (149 миллионов километров), настолько массивно, что сила его притяжения велика.

Луна очень мала (ее масса составляет 1 /81 часть от массы Земли), но оказывает выраженное гравитационное действие на Землю в силу своего близ кого от нее расстояния (380000 километров).

Интересный факт: когда Солнце, Луна и Земля находятся на одной линии, то есть в новолуние, приливы особенно сильны.

Несмотря на сильную гравитацию огромного Солнца, маленькая Луна благодаря своей близости к Земле оказывает на приливы гораздо большее влияние. Кроме того, сила притяжения Луны заметно меняется от участка к участку земной поверхности. Эти изменения обусловлены разным расстоянием различных участков земной поверхности от Луны в каждый данный момент времени.

Влияние Луны на земной мир существует, но оно не ярко выражено. Его практически нельзя увидеть. Единственное явление, которое зримо демонстрирует воздействие притяжения Луны, - это влияние Луны на приливы и отливы. Наши древние предки связывали их именно с Луной. И были абсолютно правы.

Как Луна влияет на приливы и отливы

Приливы и отливы в некоторых местах настолько сильны, что вода отступает от берега на сотни метров, обнажая дно, где народы, живущие на побережье, собирали дары моря. Но с неумолимой точностью отступившая от берега вода снова накатывает. Если не знать, с какой периодичностью происходят приливы и отливы, можно оказаться вдали от берега и даже погибнуть под наступающей водной массой. Прибрежные народы превосходно знали расписание прихода и ухода вод.

Происходит это явление два раза в сутки. Причем приливы и отливы существуют не только в морях и океанах. Все водные источники испытывают влияние Луны. Но вдали от морей это почти незаметно: то вода немного поднимается, то немного опускается.

Влияние Луны на жидкости

Жидкость - это единственная природная стихия, которая движется за Луной, совершая колебания. Камень или дом не могут притянуться к Луне, потому что имеют твердую структуру. Податливая и пластичная вода наглядно демонстрирует воздействие лунной массы.

Что же происходит во время прилива или отлива? Каким образом Луна подымает воду? Наиболее сильно Луна воздействует на воды морей и океанов с той стороны Земли, которая в данный момент обращена непосредственно к ней.

Если посмотреть на Землю в этот момент, то можно заметить, как Луна оттягивает к себе воды мирового океана, приподымает их, и толща вод вспучивается, образуя «горб», а точнее, появляются два «горба» - высокий со стороны, где находится Луна, и менее выраженный с противоположной стороны.

«Горбы» точно следуют за движением Луны вокруг Земли. Поскольку мировой океан является единым целым и воды в нем сообщаются, то горбы двигаются то от берега, то к берегу. Поскольку Луна проходит два раза через точки, расположенные друг от друга на расстоянии 180 градусов, то мы наблюдаем два прилива и два отлива.

Приливы и отливы в соответствии с фазами Луны

Наибольшие отливы и приливы бывают на океанских берегах. В нашей стране - на берегах Северного Ледовитого и Тихого океанов.
Менее значительные приливы и отливы характерны для внутренних морей.
Еще слабее это явление наблюдается в озерах или реках.
Но даже на берегах океанов в одно время года приливы бывают мощнее, а в другое - слабее. Это уже связано с удаленностью Луны от Земли.
Чем ближе Луна к поверхности нашей планеты, тем сильнее будут отливы и приливы. Чем дальше - тем, естественно, слабее.

На водные массы оказывает влияние не только Луна, но и Солнце. Только расстояние от Земли до Солнца значительно больше, поэтому мы не замечаем его гравитационной активности. Зато давно известно, что иногда приливы и отливы становятся очень сильными. Это случается всякий раз, когда бывает новолуние или полнолуние.

Вот тут как раз и включается в действие сила Солнца. В этот момент все три планеты - Луна, Земля и Солнце - выстраиваются по прямой. На Землю уже действуют две силы притяжения - и Луна, и Солнце.

Естественно, высота подъема и спада вод увеличивается. Наиболее сильным будет совместное влияние Луны и Солнца, когда обе планеты оказываются по одну сторону от Земли, то есть когда Луна стоит между Землей и Солнцем. И сильнее вода будет подыматься со стороны Земли, обращенной к Луне.

Это удивительное свойство Луны используется людьми для получения бесплатной энергии. На берегах морей и океанов теперь строят приливные гидроэлектростанции, которые вырабатывают электричество благодаря «работе» Луны. Приливные гидроэлектростанции считаются наиболее экологически чистыми. Они действуют согласно природным ритмам и не загрязняют окружающую среду.

Приливные силы. В школе о приливных силах не говорят. И для многих остается загадкой - что это такое? А между тем, все просто. Приливные силы - это разность сил тяготения от некоего объекта на противоположных концах другого объекта.
Простой пример (числа - округленные). Среднее расстояние между центрами Луны и Земли = 384,5 тысяч километров. Радиус Земли = 6,5 тысяч километров. Следовательно, ближайшая к Луне часть Земли находится от центра Луны на расстоянии в 378 тысяч километров, а наиболее удаленная - на расстоянии в 391 тысячу километров.
Сила взаимного притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами. Поэтому сила, действующая со стороны Луны на единицу массы на ближайшей к ней части Земли больше, чем та, которая действует на такую же единицу массы на наиболее удаленной от Луны части Земли. Легко подсчитать, что величины этих сил различаются примерно на 6,5 %. К чему это приводит? К растяжению Земли в направлении Луны. Как показано на этом рисунке тонким овалом:

И к аналогичному растяжению Луны в направлении Земли.
Приливные волны. Земля делает оборот вокруг своей оси за 24 часа. Луна вокруг Земли - за гораздо большее время. Примерно за 28 дней. Поэтому с достаточно малой погрешностью можно считать, что приливной горб приходит в каждую точку Земли каждые 12 часов. Ибо таких горбов - два.
Высота приливного горба очень мала. В твердых породах материков - не более 20-30 см. В воде океанов - повыше. Но у побережий высота приливов заметно выше. Почему?
Приливная волна в отличие от волн, возбуждаемых ветром, задевает всю толщу океана, а не только его поверхностный слой. В этом она похожа на волну цунами. Поэтому высота прилива, выходящего из океана на мелководье, увеличивается. В некоторых заливах высота приливов заметно превышает десять метров.
Разумеется, аналогичные приливные волны на Земле генерирует и Солнце. Но они заметно слабее создаваемых Луной. Насколько - каждый желающий может посчитать самостоятельно.
Замедление собственного вращения планет и спутников. Приливные силы дважды в сутки растягивают и сжимают Землю. Пусть и очень слабо. На опыте подкачки велосипедных шин ручным насосом каждый знает, что такой процесс приводит к разогреву сжимаемого вещества. Из-за проявления внутреннего трения в нем.
В конечном счете это трение должно приводить к замедлению вращения Земли вокруг своей оси. И специалисты единодушны в том, что в начальный период существования системы Земля - Луна (примерно четыре миллиарда лет назад) сутки на нашей планете были заметно короче. Примерно 15-16 часов.
Знатоки закона сохранения момента импульса должны сразу задать вопрос - а куда этот момент девается? Да, на Земле он не остается. Но системой, в которой этот момент сохраняется, является не сама Земля, а система Земля - Луна. И отбираемый у собственного вращения Земли момент импульса перекачивается в орбитальный момент Луны. Из-за чего радиус орбиты Луны увеличивается ежегодно примерно на 3,5 сантиметра (на фоне 385 тысяч километров радиуса орбиты). Луна фактически очень медленно по спирали удаляется от Земли.
На Земле сутки за четыре миллиарда лет удлинились из-за приливных эффектов примерно в полтора раза. Но на Луне приливные силы от Земли многократно больше. Из-за того, что масса Земли в 80 раз больше массы Луны. И что же?
На Луне приливные силы полностью завершили свою работу - они сделали приливные горбы стоящими на одном месте. Другими словами - Луна всегда обращена к Земле одной своей стороной и период ее обращения вокруг Земли равен периоду обращения вокруг собственной оси. Иначе - эти периоды синхронизированы .
Эффект синхронизации периодов вращения спутников планет (обращенности их к материнским планетам всегда одной стороной) широко распространен. Так, периоды вращения всех галилеевых спутников Юпитера (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто) тоже синхронизированы.
У достаточно удаленных спутников эффект замедления их вращения вокруг собственной оси может и не довести их до синхронизации. Это видно по довольно далеким спутникам Юпитера и Сатурна.
Интересно посмотреть и на внутренние планеты в Солнечной системе. Так, у самой близкой их них к Солнцу - Меркурия, долго считавшегося синхронизированным, замедление вращения застряло на резонансе 3/2. Иначе - год на Меркурии ровно в полтора раза дольше, чем сутки. А вот Венера слегка выпадает из общего ряда. На ней сутки даже чуточку дольше, чем год. Таково, очевидно, проявление женского характера.:)
В последние годы открыто довольно много планет, вращающихся вокруг далеких звезд. Часть из них землеподобны, находятся в потенциальной "зоне жизни" и довольно близки к своим солнцам. Каков бы был стиль жизни на таких планетах (с днем равным году)?. Года три назад после открытия первой такой планеты я пофантазировал на эту тему в псто

Луна движется вокруг Земли со средней скоростью 1,02 км/сек по приблизительно эллиптической орбите в том же направлении, в котором движется подавляющее большинство других тел Солнечной системы, то есть против часовой стрелки, если смотреть на орбиту Луны со стороны Северного полюса мира. Большая полуось орбиты Луны, равна среднему расстоянию между центрами Земли и Луны, составляет 384 400 км (приблизительно 60 земных радиусов). Вследствие эллиптичности орбиты расстояние до Луны колеблется между 356400 и 406800км. Период обращения Луны вокруг Земли, так называемый звездный месяц подвержен небольшим колебаниям от 27,32166 до 29,53 суток, но и очень малому вековому сокращению. Луна светится только светом, отраженным от Солнца, поэтому одна ее половина, обращенная к Солнцу освещена, а другая погружена во мрак. Какая часть освещенной половины Луны видна нам в данный момент, зависит от положения Луны на ее орбите вокруг Земли. По мере движения Луны по орбите ее форма, постепенно, но непрерывно меняется. Различные видимые формы Луны называются ее фазами.

Приливы и отливы знакомы каждому серферу. Дважды в день уровень океанских вод поднимается и снижается, причем кое-где на весьма значительную величину. Каждый день прилив наступает на 50 минут позднее, чем в предыдущий.

Луна удерживается на своей орбите вокруг Земли по той причине, что между двумя этими небесными телами существуют силы тяготения, притягивающие их друг к другу. Земля все время стремится притянуть к себе Луну, а Луна притягивает к себе Землю. Поскольку океаны представляют собой большие массы жидкости и могут течь, они легко деформируются под влиянием сил притяжения Луны, принимая форму лимона. Шар из твердых горных пород, которым является Земля, остается в середине. В результате на той стороне Земли, что обращена к Луне, возникает водяная выпуклость и другая такая же выпуклость — с противоположной стороны.

Поскольку твердая Земля вращается вокруг своей оси, на берегах океана возникают приливы и отливы, это происходит дважды в течение каждых 24 часов 50 минут, когда берега океанов проходят через водяные бугры. Длина периода больше 24 часов из-за того, что и сама Луна тоже движется по своей орбите.

Из-за океанских приливов и отливов между поверхностью Земли и водами океанов возникает сила трения, замедляющая скорость вращения Земли вокруг своей оси. Наши сутки постепенно становятся все длиннее и длиннее, каждое столетие продолжительность суток увеличивается примерно на две тысячных секунды. Свидетельством этого могут служить некоторые виды кораллов, которые растут таким образом, что каждый день оставляет в теле коралла четкий рубец. Прирост меняется в течение года, так что каждому году соответствует своя полоска, вроде годового кольца на срезе дерева. Изучая ископаемые кораллы, возраст которых насчитывает 400 млн. лет, океанологи обнаружили, что в то время год состоял из 400 суток продолжительностью 22 часа. Окаменевшие остатки еще более древних форм жизни свидетельствуют о том, что около 2 млрд. лет назад сутки длились всего 10 часов. В отдаленном будущем продолжительность суток будет равна нашему месяцу. Луна будет все время стоять на одном и том же месте, поскольку скорость вращения Земли вокруг оси будет в точности совпадать со скоростью движения Луны по орбите. Уже и теперь благодаря приливным силам между Землей и Луной Луна постоянно обращена к Земле одной и той же стороной, если не считать небольших колебаний. Кроме того, скорость движения Луны по своей орбите постоянно возрастает. В результате Луна постепенно удаляется от Земли со скоростью около 4 см в год.

Земля отбрасывает в пространстве длинную тень, загораживая свет Солнца. Когда Луна попадает в тень Земли, происходит лунное затмение. Если во время лунного затмения находиться на Луне, то можно было бы увидеть, что Земля проходит перед Солнцем, закрывая его. Нередко при этом Луна остается слабо видимой, светясь тусклым красноватым светом. Хотя она и находится в тени, Луна освещается небольшим количеством красного солнечного света, который преломляется земной атмосферой в направлении Луны. Полное лунное затмение может продолжаться до 1 часа 44 минут. В отличие от солнечных, лунные затмения можно наблюдать с любого места на Земле, где Луна находится над горизонтом. Хотя Луна проходит по всей своей орбите вокруг Земли раз в месяц, затмения не могут происходить ежемесячно из-за того, что плоскость орбиты Луны наклонена относительно плоскости орбиты Земли вокруг Солнца. Самое большее, за год может произойти семь затмений, из которых два или три, должны быть лунными. Солнечные затмения происходят только в новолуние, когда Луна находится в точности между Землей и Солнцем. Лунные же затмения всегда бывают в полнолуние, когда Земля находится между Луной и Солнцем.

Прежде чем ученые увидели лунные камни, у них имелись три теории происхождения Луны, но не было возможности доказать правильность какой-либо из них. Одни считали, что новообразованная Земля вращалась настолько быстро, что сбросила с себя часть вещества, ставшего затем Луной. Другие предполагали, что Луна прилетела из глубин космоса и была захвачена силой земного тяготения. Третья теория состояла в том, что Земля и Луна образовались независимо, почти одновременно и примерно на одинаковом расстоянии от Солнца. Различия в химическом составе Земли и Луны указывают на то, что эти небесные тела вряд ли когда-либо составляли одно целое.

Не так давно возникла четвертая теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Эта гипотеза гигантского столкновения. Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видим теперь, только еще формировались, некое небесное тело величиной с Марс с огромной силой врезалось в молодую Землю под скользящим углом. При этом более легкие вещества наружных слоев Земли должны были бы оторваться от нее и разлететься в пространстве, образовав вокруг Земли кольцо из обломков, в то время как ядро Земли, состоящее из железа, сохранилось бы в целости. В конце концов, это кольцо из обломков слиплось, образовав Луну.

Изучая радиоактивные вещества, содержащиеся в лунных породах, ученые сумели вычислить возраст Луны. Камни на Луне стали твердыми около 4,4 млрд. лет назад. Луна сформировалась, по-видимому, незадолго до этого; ее наиболее вероятный возраст — около 4,65 млрд. лет. Это согласуется с возрастом метеоритов, а также с оценками возраста Солнца.
Наиболее древние камни на Луне находятся в горных районах. Возраст пород, взятых из морей застывшей лавы, значительно меньше. Когда Луна была совсем молодой, ее наружный слой был жидким из-за очень высокой температуры. По мере того как Луна остывала, формировался ее наружный покров, или кора, части которой находятся теперь в горных районах. В последующие полмиллиарда лет лунная кора подвергалась беспрерывной бомбардировке астероидами, то есть маленькими планетами, и гигантскими камнями, возникшими при формировании Солнечной системы. После самых сильных ударов на поверхности оставались громадные вмятины

В промежутках между 4,2 и 3,1 млрд. лет тому назад лава вытекала через отверстия в коре, затопляя круговые бассейны, оставшиеся на поверхности после ударов колоссальной силы. Лава, затопляя обширные плоские территории, создавала лунные моря, в наше время представляющие собой затвердевшие океаны породы.