УЧЕНЫЕ СКРЫВАЛИ ОТ НАС! Луна создает приливы потому что…
Я довольно часто вижу, как в фильмах, книгах, в жизни и в интернете или еще где-нибудь, ошибочно объясняют явление приливов и отливов.
Очень часто это объяснение состоит в следующем – Луна и Солнце мол обладают гравитацией и притягивают воду к себе, а Земля крутится и поэтому появляются приливы и отливы. Люди, услышав это объяснение настолько верят ему, что не задумываются даже, насколько оно некорректно.
Из-за этого мы можем прочесть массу споров и обсуждений фейлов фильма Интерстеллар, о том, как там все антинаучно, но при этом не замечать самого очевидного. Вот этого.
Прежде чем объяснить, почему такие гигантские волны невозможны, и почему такая модель приливов (когда массивное тело притягивает воду к себе и поэтому там есть приливы) не полная и что в ней неправильно, я хочу для начала задать вам несколько интересных, на мой взгляд, вопросов.
Первое. Почему приливы есть в основном в океанах и всех связанных с ним водоемов, а в замкнутых водных системах, таких, как горные озера, или ваша ванна, или стакан воды – приливов при этом нет. То есть почему, сидя на берегу моря в момент прилива, вино в бокале в вашей руке не поднимается и не ползет вам в рот? Луна же тоже должна ее притягивать, разве нет?
Второе. Почему, если Луна и Солнце притягивает вас к себе, вы, как и поверхность Земли, не притягиваетесь на туже высоту? Почему стрелка весов не будет показывать меньший результат в момент приливов, и больший в момент отливов? Что ж выходит, гравитация притягивает только воду? При чем почему-то только в океане.
Третье. Как объяснить, что на обратной от Луны точке Земли тоже в этот момент прилив, если прилив появляется в результате притяжения воды к Луне? Ведь на той стороне нет гравитации Луны, более того там она самая слабая. Почему приливов и отливов в день по два, если Луна за день делает один оборот относительно одной точки на Земле?
Четвертое. Почему в разных точках Земли, высота приливов и отливов разная?
Если вы не нашли нормальных объяснений этим вопросам, то скорее всего вы неправильно объясняли себе все это время то, как работают эти самые приливы и отливы, и этот пост для вас. Давайте попробуем разобраться с вами, что же не так.
Часто для объяснения приливов и отливов рисуют такую вот картинку.
И все в ней вроде бы норм и понятно. Вот Луна тянет что-то синее на себя. И если не вдаваться в подробности, можно принять эту картинку за нормальное объяснение явления. Проблема в том, что в реальности причина приливов на картинке не раскрыта.
Не поймите меня неправильно. Сам факт того, что приливы и отливы появляются в результате гравитационного воздействия Луны и других астрономических тел, абсолютно верен. Это действительно происходит из-за них. Неверно само объяснение явления, которое порождает неверное масштабирование объяснения на другие объекты, и как результат, ведет к эпикфейлам, как это есть в Интерстелларе. Неверным является не это.
Неверно считать, что Луна притягивает воду в зонах приливов.
Приливы возникают не потому что Луна притягивает воду в ближайшей к себе точке на Земле. Нет. Приливы и отливы возникают потому, что Луна делает с океанами вот это.
Если вы не догадались, что происходит на гифке, то возможно вам станет понятнее дальше.
Давайте подробнее попробуем разъяснить, что происходит с океанами, что у них присутствуют приливы, а в бокале вина нет.
Для начала небольшое отступление от темы.
Существует масса причин, почему в различных водоемах могут присутствовать течения, и как следствия есть волны. Я не буду объяснять все явления, связанные с волнением и течениями, которые могли повлиять на уровень воды в водоеме.
Кроме всего существует масса моделей, объясняющих изменение уровня воды в водоемах при различных условиях. Те же цунами возникают из-за подводных землетрясений, например, а в вашей ванне вода трясется, потому что вы ели гороховый суп. Я не буду рассматривать все эти явления в этом посте.
В данном посте я коснусь только приливов и отливов, создаваемых гравитацией Луны. Солнце и другие астрономические объекты и их воздействие я буду игнорировать. Не буду учитывать и скорость вращения Земли. Они все тоже очень влияют на формирование течений и приливов, но для упрощения, я не хочу углубляться в эти детали. Даже без них, объяснив процесс на основе влияния Луны, можно изменить свое отношение к воде.
Итак, в чем же объяснение приливов?
Давайте для начала примем за факт – Луна действительно притягивает к себе все объекты на планете Земля.
Находясь под Луной на поверхности Земли (на уровне моря со стороны обращенной к Луне), на объект действительно действует ускорение равное, исходя из формулы "гравит. постоянная * масса луны / (расстояние от Луны в квадрате)" (барабанная дробь):
6.67*10^-11 * 7.36*10^22/16*10^16 = 3*10^-5 м/с^2
Для сравнения, притяжение Земли 9,8 м/с^2. То есть притяжение Луны на самый близкий к ней объект на поверхности Земли уменьшает вес этого объекта примерно на… 0.000003%.
Для того, чтобы понять, насколько это мало, давайте посчитаем, насколько среднестатистический человек весом 80 кг легчает под Луной. Умножаем 80 на процент и получаем - вес изменится на 240 миллиграмм. Не самый лучший способ похудеть.
Теперь понятно, почему на нас так слабо действует Луна, и мы не начинаем парить в небесах в полнолуние. По этой же причине МКС не утягивается Луной каждый раз, когда Луна проходит над ней.
Ну и как вы понимаете, такая сила неспособна сместить воду настолько, чтобы создать даже самую незначительную волну. Но некоторые приливы достигают 10 метров в высоту.
Тогда как же появляются приливы?
Для этого нужно посмотреть на то, как Луна и ее притяжение влияет не на ближайшую к себе точку, а на те объекты, что находятся вот тут в точках А и B:
Луна перемещает все объекты из этих точек к себе под определенным углом. Сама же Земля под воздействием Луны смещается к ней напрямую. Вот эта вот разница в векторах силы и «сдавливает» океаны с боков. То есть будь Земля плоской, такого эффекта мы бы не заметили. Но из-за формы Земли, Луна деформирует жидкость в ее океанах по меридиану от себя.
Не смотря на то, что сила воздействия Луны на поверхность Земли и объекты на ней небольшая, как я говорил ранее, воздействие это все таки присутствует. На каждую точку на поверхности нашей планеты гравитационное воздействие Луны действует под разным углом (потому что планета у нас достаточно большая).
При этом Земля под действием гравитации Луны смещается к ней. Из-за этого смещения, та часть вектора силы, что создается Луной по горизонтали будет скомпенсирована смещением Земли, а вот вертикальная составляющая останется нескомпенсированной и создаст дополнительную силу на объекты.
Собственно эта нескомпенсированная вертикальная составляющая и создает давление на воду в океанах, и как следствие отливы.
Если нарисовать векторы сил, которые создает Луна своей гравитацией на воду, то мы увидим примерно такую картинку:
То есть Луна не притягивает воду на Земле, создавая приливы.
В реальности Луна деформирует воду на Земле, создавая отливы, и как следствие создавая приливы. То есть как я уже показал на гифке – Луна как бы сдавливает стаканчик воды под названием Земля с двух сторон, поднимая тем самым уровень воды.
Именно поэтому, Луна так сильно влияет именно на океаны, а не на другие водоемы. В океанах очень много воды. Примерно, как в дипломе любого студента.
А так как вода почти не сжимается, то вода океанов в зоне отливов, смещаясь вбок накапливается в зонах приливов, достигая предела, когда силы, влияющие на разваливание «холмика» воды, компенсируются силами, которые появляются подталкиванием с боков воды к «холмикам» приливов.
По сути вода начинает толкаться, собираясь в одном месте на несанкционированный митинг в честь Луны. Давайте попросим наших ассистентов зомби показать этот эффект. Выходит что то типа такого.
Как вы понимаете, поэтому вода не может подняться выше, чем это позволяет ему давление со стороны отливов и гравитация Земли. Потому что приливы создаются не притяжением к Луне в ближайшей к ней точке, они создаются деформацией гидросферы Земли от притяжения Луны.
С воздухом такой фокус не проходит – воздух неплотный и ему попросту по фиг на попытку деформировать его. Твердые тела довольно хорошо удерживаются внутренними силами, не давая им сильно деформироваться под действием Луны.
Но с жидкостями ситуация другая. Воды в озерах и стаканах, в вашей ванне с уточкой очень мало, а площадь их поверхности очень небольшая (если только вы не Медведев). Поэтому воздействие деформации воды на эти водоемы слабое. Неоткуда попросту появится воде, которая толпой нагонит прилив. В отличии от океанов.
Именно поэтому приливов и отливов на Земле по два в день. Потому что вода деформируется в обе стороны от точек отливов, а не притягивается в одну – в сторону Луны. И именно поэтому в разных точках Земли разные высоты приливов. Разное давление воды от отливов, вот и высота разная.
Самый высокий, например, в бухте Фанди (почти 20 метров). Выглядит примерно вот так:
Такая высота приливов часто связана с тем, что давление воды в момент прилива создает в тех местах так называемый приливной Бор. То есть крайне сильную приливную волну.
Давление воды в приливы в таких местах выше по той же причине, почему вода из горлышка бутылки так резво выливается, когда ее сдавливают с боков.
Безусловно все водоемы имеют приливы и отливы. Даже самые маленькие.
Так Каспийское море, которое технически озеро, тоже имеет приливы и отливы. Как и Черное Море.
Но их высота крайне незначительна, и полностью покрывается другими воздействиями на водоемы – атмосферным, сейсмическим и антропогенным. Грубо говоря, отдыхающий на катере создает и то большее волнение на этих морях, чем Луна. А уж если этот отдыхающий еще и политику обсуждает...
Надеюсь у меня получилось объяснить, что не так с объяснением вида – Луна потянула воду на себя и получились приливы. Такое объяснение корректно настолько же, как если бы вы объясняли человеку причины движения автомобиля тем, что вы нажимаете на педальки.
И хотя иногда и это объяснение может работать, но по сути процесс не будет объяснен и понятен, а главное останутся вопросы, которые им не будут покрыты.
Правильное понимание природы явления и позволяет лучше объяснять для себя вещи, которым у тебя раньше не было. Например, почему в бассейнах нет приливов.
Надеюсь теперь, снова пересматривая Интерстеллар, вы заметите, что не так в гигантской приливной волны на планете Миллер, и почему «сдавливание» гораздо важнее «растягивания», при обсуждении приливов.
PS. Как вы понимаете из объяснения природы приливов следует еще и следующее – Земля не плоская. Да, дорогие мои плоскоземельщики, вашу теорию будто бы смыло приливной волной.