Физика океанских приливов в компьютерных моделях. Бутиков Е.И. - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

Физика океанских приливов в компьютерных моделях
космонавты на орбитальной станции находятся в невесомости по отношению к земно-
му тяготению.
Теперь время вспомнить о том, что действующая на любое тело сила F
Sun
притя-
жения к Солнцу всегда направлена к центру Солнца, а ее величина обратно пропорцио-
нальна квадрату расстояния до центра Солнца. Если тело не находится в центре Земли,
то сила F
Sun
притяжения к Солнцу, зависящая от положения тела, и всюду одинаковая
сила инерции F
in
= −ma
0
уже не будут полностью уравновешивать друг друга. Из-за ко-
нечных размеров Земли эти две силы в любом месте на Земле не будут в точности рав-
ны по величине и противоположны по направлению, за исключением центра Земли.
Совместное действие этих сил и называют приливной (или приливообразующей) силой.
Иными словами, в любом
месте на Земле или вблизи Земли приливная сила – это
векторная разность силы гравитационного притяжения тела к Солнцу в данном месте и
силы притяжения к Солнцу, которую это тело испытывало бы, будучи помещенным в
центр Земли. Пользуясь таким языком, при выводе выражений для приливных сил
можно обойтись без использования неинерциальных систем
отсчета и сил инерции:
вместо векторного сложения силы притяжения к Солнцу и силы инерции в неинерци-
альной системе можно говорить о вычитании силы притяжения к Солнцу в данном мес-
те и в центре Земли. Рассматривая ситуацию на Земле «со стороны», из гелиоцентриче-
ской инерциальной системы отсчета, мы можем ссылаться на обобщенный
закон Гали-
лея, согласно которому в одном и том же поле тяготения (в данном случае в поле тяго-
тения Солнца) все тела падают с одинаковыми ускорениями. Земля в целом и все сво-
бодные тела на Земле приобретают под действием Солнца почти одинаковые ускоре-
ния. Именно потому здесь на Земле мы
не особенно ощущаем вмешательство солнеч-
ного тяготения в наши земные дела. Малые различия между ускорением Земли как це-
лого и земных тел возрастают при увеличении расстояний, на которых находятся тела
от центра Земли, поскольку эти различия вызваны неоднородностью поля тяготения
Солнца на протяжении земного шара.
Эти дифференциальные эффекты гравитации Солнца вызывают
, в частности, ма-
лые возмущения геоцентрических околоземных орбит спутников: после совершения
очередного витка спутник уже не возвращается в исходную точку геоцентрической
системы отсчета. На поверхности земли эти же дифференциальные эффекты приводят к
возникновению океанских приливов. Подчеркнем, что происхождение приливных сил
обусловлено не самим по себе полем тяготения Солнца, а неоднородностью
этого поля.
Рис. 1. К происхождению приливных сил вблизи Земли в неоднородном поле солнечного тяготения.
Рисунок 1 схематически иллюстрирует происхождение и свойства приливообра-
зующих сил, вызванных Солнцем. Ускорение свободного падения Земли E в поле тяго-
тения Солнца S равно a
0
= GM
Sun
/R
2
, где M
Sun
– масса Солнца, а R – расстояние между
центрами Земли и Солнца. Сила притяжения F
Sun
к Солнцу некоторого тела (например,
спутника Земли), находящегося в точке A, почти равна силе инерции F
in
по величине,
потому что расстояния от центра Солнца до тела и до центра Земли почти одинаковы.
Однако в точке A направление силы F
Sun
не в точности противоположно направлению
силы инерции F
in
= −ma
0
. Поэтому результирующая этих сил, т.е. приливная сила F
A
в
5

Страницы