Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Category:

Простая физика - 12. Приливные силы, волны и замедление вращения планет и их спутников.

    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:
Прилив
       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 Аватар обетованный?. Присоединяйте и свои фантазии к моим.:)
Tags: Планеты, Спутники, Физика на пальцах
Subscribe
promo moralg march 5, 2018 03:01 43
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 27 comments