Понятие о статической теории приливов

Хотя явление приливов наблюдалось многие тысячелетия тому назад, однако объяснение ему оказалось возможным дать только после того, как Ньютоном был открыт закон всемирного тяготения.

Согласно этому закону Луна притягивает к себе каждую частицу Земли и воды. Так как частицы Земли находятся на неодинаковом расстоянии от Луны, то и сила, с которой они тяготеют к Луне, неодинакова. Частицы, расположенные ближе к Луне, притягиваются сильнее, чем те, которые находятся от Луны на большем расстоянии. Сила притяжения Луною той или иной частицы обратно пропорциональна квадрату расстояния между Луной и этой частицей. На рис. 4.30 показана система: Луна (Л), Земля (З). Стрелки, направленные от точек Земли к центру Луны, изображают силы тяготения. Длина стрелок показывает сравнительную величину силы притяжения. Каждая стрелка представляет собою силу притяжения данной частицы Луною, причем массы частиц приняты для всех частиц одинаковыми, а сами частицы показаны геометрическими точками.

Рис. 4.30.

Помимо силы притяжения на каждую точку Земли действует еще и центробежная сила. Рассмотрим возникновение этой силы. На прямой ЛЗ (рис.4. 31.) можно отыскать такую точку К, которая будет отстоять от точек Л (центр Луны) и З (центр Земли) на расстояниях, обратно пропорциональных массам Луны и Земли.

Рис. 4.31.

Так как масса Земли в 81,5 раз больше массы Луны, то К будет отстоять от центра Земли на 0,7 земного радиуса. Эта точка называется центром тяжести системы Земля-Луна (барицентром), вокруг нее в течение лунного месяца вращается система Луна-Земля.

Для положения Луны Л₂положение барицентра К₂, а центра Земли З₂; в течение месяца Луна обойдет Землю, барицентр опишет окружность К₁К₂К₃и т.д., а центр Земли – соответственно окружность З₁З₂и т.д. Но поскольку барицентр не фиксирован в одной конкретной точке Земли, то фактически Земли совершает плоско-параллельное смещение.

При движении по окружности Центра Земли развивается центробежная сила, которая действует по радиусу в сторону от центра (С₁, С₂и т.д.).

Сила ЗС направлена в сторону от луны и по величине равна силе притяжения частицы в центре Земли. Таким образом, отвлекаясь от суточного вращения, на любую точку Земли при плоско-параллельном движении действует такая же по величине и параллельная по направлению сила, какой обладает центр Земли.

На рис. 4.32 показано сложение сил притяжения Луною частиц Земли с центробежными силами, действующими на эти точки по правилу параллелограмма. Пунктирные стрелки обозначают центробежные силы, тонкие – силы притяжения. Результирующая сила показана жирной стрелкой, она носит название приливообразующей силы.

Рис. 4.32.

По сути она равна векторной разности притяжения Луной любой частицы Земли (в атмосфере, гидросфере и литосфере) и частицы такой же массы в центре Земли.

Под влиянием приливообразующих сил водная оболочка принимает вид эллипсоида (рис. 4.33.) с большей осью в направлении на Луну.

На рис. 4.33,а показан вид на приливный эллипсоид по меридиональному сечению. Луна находится на экваторе, т.е. склонение равно нулю.

а) б)

Рис. 4.33.

Для какой-либо точки А, для которой Луна в рассматриваемый момент кульминирует, наблюдается полная вода (первая). Когда точка А, вследствие суточного вращения Земли, окажется в положении А₁, для нее будет наблюдаться малая вода (первая). При дальнейшем движении точка А приходит в положение А₂, этому положению будет соответствовать вторая полная вода. Затем еще через четверть оборота для рассматриваемой точки будет наблюдаться вторая малая вода и т.д. Из рис. 4.33,а видно, что высота первой полной воды равна высоте второй полной воды и промежутки времени от полной воды до малой также равны между собой.

Для точки А наступит кульминация Луны через (в среднем) 24 ч. 50 м. Следовательно, при положении Луны на экваторе в течение лунных суток будут наблюдаться две полные и две малые воды, промежуток времени от полной воды до следующей полной будет равняться 12 ч. 25 м., а от момента полной до момента наступления малой воды – 6 ч. 12.5 м. Приливы будут носить правильный характер. Наибольшая величина прилива будет наблюдаться на экваторе. На полюсах колебаний уровня не должно быть, но уровень будет все время пониженным по сравнению с некоторым его средним положением.

На рис. 4.33,а это среднее положение уровня показано пунктирной окружностью.