Fattori che influenzano le maree

Contenuto

• Newton ha spiegato la forza di marea in termini di gravità
• Il motivo ci sono due alte maree al giorno
• Effetti dell'orbita lunare
• Il sole influenza anche le maree
• Maree nel mondo reale dei bacini oceanici
• Le maree sono anche interessate dagli eventi meteorologici e geologici

L'ascesa e la caduta delle maree ha un profondo effetto sulla vita sul pianeta Terra. Finché ci sono state comunità costiere che dipendono dal mare per sostentamento, le persone hanno programmato le loro attività di raccolta del cibo per essere in armonia con le maree. Da parte loro, le piante e gli animali marini si sono adattati al flusso e riflusso ciclici in numerosi modi ingegnosi.

La gravitazione provoca le maree, ma il ciclo delle maree non è sincronizzato con il movimento di ogni singolo corpo celeste. È facile immaginare che le lune di ciò che influenza le maree degli oceani sulla Terra, ma sia più complicato di così. Il sole influenza anche le maree.

Anche altri pianeti, come Venere e Giove, esercitano influenze gravitazionali che hanno un effetto minuscolo. Metti insieme tutte queste influenze, e anche loro non possono spiegare il fatto che ogni dato punto sulla Terra subisce due alte maree al giorno. Questa spiegazione richiede un apprezzamento di come la Terra e la luna orbitano l'una attorno all'altra.

È un'idealizzazione per considerare le maree come il risultato delle sole forze gravitazionali. I modelli meteorologici sulla Terra, insieme alla struttura della superficie dei pianeti, influenzano anche il movimento dell'acqua nei suoi bacini oceanici. I meteorologi devono tenere conto di tutti questi fattori quando prevedono le maree per una particolare località.

Newton ha spiegato la forza di marea in termini di gravità

Quando pensi a Sir Isaac Newton, puoi immaginare l'immagine familiare del fisico / matematico inglese che viene colpito alla testa da una mela che cade. L'immagine ti ricorda che Newton, attingendo al lavoro di Johannes Kepler, ha formulato la Legge della gravitazione universale, che è stata una grande svolta nella nostra comprensione dell'universo. Usò quella legge per spiegare le maree e confutare Galileo Galilei, che credeva che le maree fossero il solo risultato del movimento della Terra attorno al sole.

Newton derivò la legge di gravitazione dalla terza legge di Keplero, che afferma che il quadrato di un periodo di rotazione dei pianeti è proporzionale al cubo della sua distanza dal sole. Newton lo generalizzò per tutti i corpi dell'universo, non solo per i pianeti. La legge afferma che, per ogni due corpi di massa m₁ e m₂, separati da una distanza r, la forza gravitazionale F tra loro è dato da:

F = Gm₁m₂/ r²

dove sol è la costante gravitazionale.

Questo ti dice immediatamente perché la luna, che è molto più piccola del sole, ha più effetto sulle maree terrestri. Il motivo è che è più vicino. La forza gravitazionale varia direttamente con il primo potere di massa ma inversamente con il secondo potere di distanza, quindi la separazione tra due corpi è più importante delle loro masse. A quanto pare, l'influenza dei soli sulle maree è circa la metà di quella della luna.

Altri pianeti, essendo entrambi più piccoli del sole e più distanti della luna, hanno effetti trascurabili sulle maree. L'effetto di Venere, che è il pianeta più vicino alla Terra, è 10.000 volte inferiore a quello del sole e della luna insieme. Giove ha ancora meno influenza - circa un decimo di quello di Venere.

Il motivo ci sono due alte maree al giorno

La Terra è molto più grande della luna che sembra che la luna orbita attorno ad essa, ma la verità è che orbitano attorno a un centro comune, noto come baricentro. Si trova a circa 1.068 miglia sotto la superficie terrestre su una linea che si estende dal centro della Terra al centro della luna. La rotazione della Terra attorno a questo punto crea una forza centrifuga sulla superficie del pianeta che è la stessa in ogni punto della sua superficie.

Una forza centrifuga è quella che spinge un corpo lontano dal centro di rotazione. tanto quanto l'acqua viene gettata via da una testa di irrigatore rotante. Su un punto casuale - punto UN - sul lato della Terra di fronte alla luna, la gravità lunare è avvertita più forte e la gravità si combina con la forza centrifuga per creare un'alta marea.

Tuttavia, 12 ore dopo, la Terra si è girata e indica UN è alla sua distanza più lontana dalla luna. A causa dell'aumento della distanza, che è uguale al diametro della Terra (quasi 8.000 miglia o 12.874 km), il punto A sperimenta l'attrazione gravitazionale lunare più debole, ma la forza centrifuga è invariata e il risultato è una seconda alta marea.

Gli scienziati lo descrivono graficamente come una bolla d'acqua allungata che circonda la Terra. È un'idealizzazione, perché presuppone che la Terra sia uniformemente coperta d'acqua, ma fornisce un modello praticabile della portata delle maree a causa della gravitazione delle lune.

Nei punti separati dall'asse Terra-Luna di 90 gradi, la componente normale della gravitazione lunare è sufficiente per superare la forza centrifuga e il rigonfiamento si appiattisce. Questo appiattimento corrisponde alle basse maree.

Effetti dell'orbita lunare

Il rigonfiamento immaginario che circonda la Terra è approssimativamente un'ellisse con asse semi-maggiore lungo la linea che collega il centro della Terra al centro della luna. Se la luna fosse stazionaria nella sua orbita, ogni punto sulla Terra sperimenterebbe alte maree e basse maree alla stessa ora ogni giorno, ma la luna non è stazionaria. Si sposta di 13,2 gradi ogni giorno rispetto alle stelle, quindi cambia anche l'orientamento dell'asse maggiore del rigonfiamento.

Quando un punto sull'asse maggiore del rigonfiamento completa una rotazione, l'asse maggiore si è spostato. La Terra impiega circa 4 minuti a ruotare di un singolo grado e l'asse maggiore si è spostato di 13 gradi, quindi la Terra deve ruotare di altri 53 minuti prima che il punto torni sull'asse principale del rigonfiamento. Se i movimenti orbitali delle lune fossero l'unico fattore che influenza le maree (avviso spoiler: non lo è), l'alta marea si verificherebbe 53 minuti più tardi ogni giorno per un punto sull'equatore.

In termini di effetto delle lune sulle maree, altri due fattori influenzano la tempistica delle maree e l'altezza dell'acqua.

Il sole influenza anche le maree

La gravitazione dei soli crea un secondo rigonfiamento nella bolla immaginaria che circonda la Terra e il suo asse è lungo la linea che collega la Terra al sole. L'asse avanza di circa 1 grado al giorno in quanto segue la posizione apparente del sole nel cielo ed è circa la metà allungato della bolla creata dalla gravità lunare.

Nella teoria dell'equilibrio delle maree, che dà origine al modello di bolla di marea, sovrapponendo la bolla creata dalla gravitazione delle lune e quella creata dalla gravitazione dei soli dovrebbe fornire un modo per prevedere le maree quotidiane in qualsiasi località.

Le cose non sono così semplici, tuttavia, perché la Terra non è coperta da un oceano gigante. Ha masse terrestri che creano tre bacini oceanici collegati da passaggi abbastanza stretti. Tuttavia, la gravitazione dei soli si combina con quella della luna per creare picchi bimestrali nelle altezze delle maree di tutto il mondo.

Maree di primavera e maree di napoli: Le maree di primavera non hanno nulla a che fare con la stagione primaverile. Si verificano in luna nuova e luna piena, quando il sole e la luna sono allineati con la Terra. Le influenze gravitazionali di questi due corpi celesti si combinano per produrre acque di marea insolitamente alte.

Le maree primaverili si verificano, in media, ogni due settimane. Circa una settimana dopo ogni marea primaverile, l'asse Terra-luna è perpendicolare all'asse Terra-sole. Gli effetti gravitazionali del sole e della luna si annullano a vicenda e le maree sono più basse del solito. Questi sono conosciuti come neap marea.

Maree nel mondo reale dei bacini oceanici

Oltre ai tre principali bacini oceanici - l'Oceano Pacifico, Atlantico e Indiano - ci sono diversi bacini più piccoli, come il Mar Mediterraneo, il Mar Rosso e il Golfo Persico. Ogni bacino è come un contenitore e, come puoi vedere quando inclini un bicchiere d'acqua avanti e indietro, l'acqua tende a scivolare tra le pareti di un contenitore.L'acqua in ciascuno dei bacini del mondo ha un periodo naturale di oscillazione, e questo può modificare la forza di marea gravitazionale del sole e della luna.

Il periodo dell'Oceano Pacifico, ad esempio, è di 25 ore, il che aiuta a spiegare perché c'è solo un'alta marea al giorno in molte parti del Pacifico. Il periodo dell'Oceano Atlantico, d'altra parte, è di 12,5 ore, quindi generalmente ci sono due alte maree al giorno nell'Atlantico. È interessante notare che, nel mezzo di grandi bacini d'acqua, spesso non ci sono maree, poiché l'oscillazione naturale dell'acqua tende ad avere un punto zero al centro del bacino.

Le maree tendono ad essere più alte in acque poco profonde o in acque che entrano in uno spazio limitato, come una baia. La Baia di Fundy nelle Maritimes canadesi sperimenta le maree più alte del mondo. La forma della baia crea una naturale oscillazione dell'acqua che forma una risonanza con l'oscillazione dell'oceano Atlantico per produrre un dislivello di quasi 40 piedi tra l'alta e la bassa marea.

Le maree sono anche interessate dagli eventi meteorologici e geologici

Prima di adottare il nome tsunami, che significa "grande onda" in giapponese, gli oceanografi si riferivano ai grandi movimenti di acqua che seguono i terremoti e gli uragani come onde di marea. Queste sono fondamentalmente onde d'urto che viaggiano attraverso l'acqua per creare acqua devastantemente alta sulla riva.

I forti venti sostenuti possono aiutare a spingere l'acqua verso la costa e creare alte maree note come picchi. Per le comunità costiere, queste ondate sono spesso i maggiori effetti delle tempeste tropicali e degli uragani.

Questo può funzionare anche nell'altro modo. Forti venti offshore possono spingere l'acqua verso il mare e creare maree insolitamente basse. Grandi tempeste tendono a verificarsi in aree a bassa pressione dell'aria, chiamate depressioni. Raffiche di aria si riversano da masse d'aria ad alta pressione in queste depressioni e le raffiche guidano l'acqua.