Физика океанских приливов в компьютерных моделях. Бутиков Е.И. - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

Физика океанских приливов в компьютерных моделях
первой (сравнительно простой) частью задачи, которая может быть исчерпывающим
образом решена в рамках ньютоновской механики и теории тяготения.
Вблизи берегов океанские приливы и отливы проявляются как чередующиеся
подъемы и опускания уровня воды, сопровождающиеся горизонтальными перемеще-
ниями водных масс, которые называют приливными течениями. Хорошо известно, что
приливы вызываются изменяющимися со временем силами
тяготения Луны и Солнца,
которые действуют на земной шар и покрывающие его воды морей и океанов.
Земля как целое движется с ускорением по отношению к инерциальной (гелио-
центрической) системе отсчета. Это ускорение создается главным образом гравитаци-
онным притяжением Земли к Солнцу и в значительно меньшей степени притяжением к
Луне (а
также и ко всем другим небесным телам). Если бы поля тяготения, создаваемые
на Земле всеми небесными телами, были строго однородными, то точно такое же уско-
рение они сообщали бы и всем находящимся на Земле телам, и никаких приливов мы
бы не наблюдали. Поэтому истинная причина приливных явлений связана с неоднород-
ностью
полей тяготения Луны и Солнца, т.е. с изменениями этих полей на протяжении
земного шара.
Сила притяжения к Луне, действующая на любое находящееся на Земле тело,
значительно меньше силы притяжения к Солнцу. Но Луна гораздо ближе к Земле, чем
Солнце, и поэтому на Земле неоднородность поля тяготения Луны выражена намного
сильнее, чем неоднородность поля тяготения Солнца. В результате оказывается, что
лунные приливообразующие силы более чем в два раза превосходят солнечные. Тем не
менее мы начнем анализ на примере Солнца, забыв на время о существовании Луны,
так как в этом случае несколько проще подойти к пониманию происхождения приливо-
образующих сил. Некоторые упрощения
связаны с тем, что центр масс системы Земля –
Солнце почти точно совпадает с центром Солнца.
Земля движется вокруг Солнца по почти круговой орбите. Центростремительное
ускорение a
0
Земли в этом движении создается гравитационным притяжением к Солн-
цу, т.е. по существу a
0
– это ускорение свободного падения Земли на Солнце. Это уско-
рение не зависит от орбитального движения Земли: оно было бы точно таким же, если
бы Земля вместо движения по орбите просто свободно падала на Солнце. Важно созна-
вать, что в вопросе происхождения приливов имеет значение только ускорение Земли, а
скорость ее
орбитального движения не играет никакой роли.
Для объяснения поведения тел на Земле, в том числе поведения воды в океане,
удобно рассматривать их движение в связанной с Землей (геоцентрической) неинерци-
альной системе отсчета. Сначала будем использовать не вращающуюся геоцентриче-
скую систему отсчета. Хотя начало координат такой системы движется по окружности
вокруг Солнца
(точнее, вокруг центра масс системы Солнце – Земля), сама система не
вращается, так как направления осей координат неизменны по отношению к удаленным
звездам. Иначе говоря, эта система, подобно сковороде в руках повара, совершает по-
ступательное круговое движение, потому что все ее точки описывают одинаковые ок-
ружности при сохранении ориентации осей координат.
По отношению к инерциально-
му пространству все точки такой системы отсчета движутся с одним и тем же ускоре-
нием a
0
. Это значит, что на любое тело массы m (например, спутник Земли или каплю
воды в океане) в этой системе действует сила инерции F
in
= −ma
0
, величина и направле-
ние которой не зависят от положения тела на Земле. Если бы тело находилось точно в
центре Земли, эта сила инерции в точности уравновешивала бы силу притяжения тела к
Солнцу. Другими словами, мы можем рассматривать Землю как гигантский космиче-
ский корабль, совершающий орбитальный полет вокруг Солнца (т.е.
свободно падаю-
щий на Солнце). Тогда можно сказать, что любое тело в центре этого корабля находит-
ся в состоянии невесомости по отношению к солнечному тяготению, подобно тому, как
4

Страницы