เนื้อหา
- นิวตันอธิบายพลังคลื่นในแง่ของแรงโน้มถ่วง
- เหตุผลที่มีกระแสน้ำสองวัน
- ผลของวงโคจรดวงจันทร์
- ดวงอาทิตย์ยังมีผลต่อกระแสน้ำ
- กระแสน้ำในโลกแห่งความเป็นจริงของมหาสมุทร
- กระแสน้ำได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศและเหตุการณ์ทางธรณีวิทยา
การเพิ่มขึ้นและลดลงของกระแสน้ำมีผลอย่างลึกซึ้งต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกดาวเคราะห์ ตราบใดที่ยังมีชุมชนชายฝั่งที่พึ่งพาทะเลเพื่อการยังชีพผู้คนได้กำหนดเวลาในการรวบรวมอาหารเพื่อให้สอดคล้องกับกระแสน้ำ ในส่วนของพืชและสัตว์ทะเลได้ปรับตัวให้เข้ากับวัฏจักรลดลงและการไหลเวียนในรูปแบบที่ชาญฉลาดมากมาย
ความโน้มถ่วงเป็นสาเหตุของกระแสน้ำ แต่วัฏจักรน้ำขึ้นน้ำลงไม่ได้ประสานกับการเคลื่อนไหวของร่างกายสวรรค์ใด ๆ มันง่ายที่จะจินตนาการว่าดวงจันทร์มีผลต่อกระแสน้ำในมหาสมุทรบนโลก แต่มันซับซ้อนกว่านั้น ดวงอาทิตย์ยังมีผลต่อกระแสน้ำ
แม้แต่ดาวเคราะห์ดวงอื่นเช่นวีนัสและจูปิเตอร์ก็ใช้อิทธิพลแรงโน้มถ่วงที่มีเอฟเฟกต์จิ๋ว นำอิทธิพลทั้งหมดเหล่านี้มารวมกันและแม้ว่าพวกเขาจะไม่สามารถอธิบายความจริงที่ว่าจุดใดก็ตามบนโลกจะได้รับกระแสน้ำแรงสองวัน คำอธิบายนั้นต้องการการชื่นชมว่าโลกและดวงจันทร์โคจรรอบกันและกันอย่างไร
การทำให้เป็นอุดมคติในการพิจารณากระแสน้ำเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว รูปแบบสภาพอากาศบนโลกพร้อมกับโครงสร้างของพื้นผิวดาวเคราะห์ยังมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของน้ำในแอ่งมหาสมุทร นักอุตุนิยมวิทยาจะต้องคำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ทั้งหมดเมื่อทำการทำนายกระแสน้ำสำหรับพื้นที่เฉพาะ
นิวตันอธิบายพลังคลื่นในแง่ของแรงโน้มถ่วง
เมื่อคุณนึกถึงเซอร์ไอแซคนิวตันคุณอาจนึกภาพภาพที่คุ้นเคยของนักฟิสิกส์ / นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษที่ถูกหัวแอปเปิ้ลล้มลงบนศีรษะ ภาพเตือนคุณว่านิวตันซึ่งมาจากผลงานของโยฮันเนสเคปเลอร์ได้กำหนดกฎความโน้มถ่วงสากลซึ่งเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาล เขาใช้กฎนั้นเพื่ออธิบายกระแสน้ำและลบล้างกาลิเลโอกาลิลีซึ่งเชื่อว่ากระแสน้ำเป็นเพียงผลของการเคลื่อนที่ของโลกรอบดวงอาทิตย์
นิวตันได้รับกฎแรงดึงดูดจากกฎข้อที่สามของเคปเลอร์ซึ่งระบุว่าระยะเวลาการหมุนของดาวเคราะห์เป็นสัดส่วนกับลูกบาศก์ของระยะทางจากดวงอาทิตย์ นิวตันสรุปสิ่งนี้ให้กับทุกหน่วยงานในจักรวาลไม่ใช่แค่ดาวเคราะห์ กฎหมายระบุว่าสำหรับมวลกายสองร่าง ม.1 และ ม.2คั่นด้วยระยะทาง Rแรงโน้มถ่วง F ระหว่างพวกเขาจะได้รับจาก:
F = จีเอ็ม1ม.2/ R2
ที่ไหน G คือค่าคงตัวโน้มถ่วง
สิ่งนี้บอกคุณทันทีว่าทำไมดวงจันทร์ซึ่งเล็กกว่าดวงอาทิตย์มากมีผลต่อกระแสน้ำของโลก เหตุผลก็คือมันใกล้ชิด แรงโน้มถ่วงแตกต่างกันโดยตรงกับพลังมวลแรก แต่ตรงกันข้ามกับกำลังสองของระยะทางดังนั้นการแยกระหว่างสองวัตถุมีความสำคัญมากกว่ามวลของมัน เมื่อปรากฎว่าดวงอาทิตย์มีอิทธิพลต่อกระแสน้ำประมาณครึ่งหนึ่งของดวงจันทร์
ดาวเคราะห์ดวงอื่นที่มีทั้งขนาดเล็กกว่าดวงอาทิตย์และไกลกว่าดวงจันทร์นั้นมีผลกระทบต่อกระแสน้ำน้อยมาก ผลกระทบของดาวศุกร์ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดนั้นน้อยกว่าดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ถึง 10,000 เท่า ดาวพฤหัสบดีมีอิทธิพลน้อยกว่า - ประมาณหนึ่งในสิบของดาวศุกร์
เหตุผลที่มีกระแสน้ำสองวัน
โลกมีขนาดใหญ่กว่าดวงจันทร์มากจนดูเหมือนว่าดวงจันทร์โคจรรอบมัน แต่ความจริงก็คือพวกมันโคจรรอบจุดศูนย์กลางร่วมซึ่งรู้จักกันในชื่อ barycenter มันอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 1,068 ไมล์ในแนวที่ทอดตัวจากศูนย์กลางของโลกไปยังศูนย์กลางของดวงจันทร์ การหมุนของโลกรอบ ๆ จุดนี้จะสร้างแรงเหวี่ยงบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ที่เหมือนกันทุกจุดบนพื้นผิวของมัน
แรงเหวี่ยงคือแรงที่ผลักร่างกายออกจากจุดศูนย์กลางการหมุน มากเท่าที่น้ำถูกเหวี่ยงออกไปจากหัวสปริงเกอร์หมุน บนจุดสุ่มจุด - ที่ด้านข้างของโลกหันหน้าไปทางดวงจันทร์แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์จะรู้สึกแข็งแกร่งที่สุดและแรงโน้มถ่วงรวมกับแรงเหวี่ยงเพื่อสร้างกระแสน้ำแรง
อย่างไรก็ตาม 12 ชั่วโมงต่อมาโลกได้หมุนและชี้ไป อยู่ห่างจากดวงจันทร์มากที่สุด เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของระยะทางซึ่งเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก (เกือบ 8,000 ไมล์หรือ 12,874 กม.) จุด A จะได้รับแรงดึงดูดจากดวงจันทร์ที่อ่อนแอที่สุด แต่แรงเหวี่ยงจะไม่เปลี่ยนแปลงและผลที่ตามมาก็คือคลื่นสูงครั้งที่สอง
นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นภาพนี้ว่าเป็นฟองน้ำที่ยาวเหยียดรอบโลก มันเป็นการทำให้เป็นอุดมคติเพราะถือว่าโลกถูกปกคลุมในน้ำอย่างสม่ำเสมอ แต่มันก็เป็นแบบจำลองที่สามารถใช้งานได้ของช่วงคลื่นเนื่องจากความโน้มถ่วงของดวงจันทร์
ที่จุดที่แยกออกจากแกนโลก - ดวงจันทร์โดย 90 องศาองค์ประกอบปกติของแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ก็เพียงพอที่จะเอาชนะแรงเหวี่ยงและแรงกระพุ้งแบนราบ การแบนนี้สอดคล้องกับกระแสน้ำต่ำ
ผลของวงโคจรดวงจันทร์
กระพุ้งจินตภาพรอบโลกนั้นมีลักษณะเป็นวงรีโดยมีแกนกึ่งหลักตามเส้นที่เชื่อมต่อศูนย์กลางของโลกเข้ากับใจกลางของดวงจันทร์ หากดวงจันทร์อยู่ในวงโคจรของมันแต่ละจุดบนโลกจะได้รับกระแสน้ำขึ้นน้ำลงและกระแสน้ำต่ำในเวลาเดียวกันในแต่ละวัน แต่ดวงจันทร์ไม่อยู่นิ่ง มันเคลื่อนที่ 13.2 องศาในแต่ละวันเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ดังนั้นการปฐมนิเทศของแกนหลักของกระพุ้งก็เปลี่ยนไปเช่นกัน
เมื่อจุดบนแกนหลักของกระพุ้งเสร็จสิ้นการหมุนแกนหลักได้ย้าย ใช้เวลาประมาณ 4 นาทีในการหมุนโลกในระดับเดียวและแกนหลักเคลื่อนที่ 13 องศาดังนั้นโลกจะต้องหมุนเพิ่มอีก 53 นาทีก่อนที่จะกลับสู่จุดบนแกนหลักของกระพุ้ง หากดวงจันทร์โคจรเป็นเพียงปัจจัยเดียวที่มีอิทธิพลต่อกระแสน้ำ (สปอยเลอร์แจ้งเตือน: มันไม่ได้) น้ำขึ้นสูงจะเกิดขึ้น 53 นาทีต่อมาในแต่ละวันสำหรับจุดบนเส้นศูนย์สูตร
ในแง่ของดวงจันทร์มีผลต่อกระแสน้ำปัจจัยอีกสองประการที่มีผลต่อระยะเวลาของกระแสน้ำเช่นเดียวกับความสูงของน้ำ
ดวงอาทิตย์ยังมีผลต่อกระแสน้ำ
แรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ก่อให้เกิดการพองตัวครั้งที่สองในฟองอากาศรอบโลกและแกนของมันอยู่ตามแนวที่เชื่อมโลกกับดวงอาทิตย์ แกนเคลื่อนตัวประมาณ 1 องศาต่อวันตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าและมีความยาวครึ่งหนึ่งเท่ากับฟองที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์
ในทฤษฎีดุลยภาพของกระแสน้ำซึ่งก่อให้เกิดแบบจำลองกระแสน้ำขึ้นน้ำลงแทนที่ฟองที่สร้างขึ้นโดยแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์และที่สร้างขึ้นโดยแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ควรเป็นวิธีทำนายกระแสน้ำรายวันในท้องถิ่นใด ๆ
อย่างไรก็ตามสิ่งต่าง ๆ นั้นเรียบง่าย แต่เนื่องจากโลกไม่ได้ถูกปกคลุมด้วยมหาสมุทรยักษ์ มีมวลบกที่สร้างแอ่งมหาสมุทรสามแห่งเชื่อมต่อกันด้วยทางเดินค่อนข้างแคบ อย่างไรก็ตามแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์รวมกับดวงจันทร์เพื่อสร้างยอดเขาสองเดือนในที่สูงของกระแสน้ำทั่วโลก
กระแสน้ำในฤดูใบไม้ผลิและกระแสน้ำในแม่น้ำ: กระแสน้ำในฤดูใบไม้ผลิไม่เกี่ยวข้องกับฤดูใบไม้ผลิ พวกเขาเกิดขึ้นที่ดวงจันทร์ใหม่และพระจันทร์เต็มดวงเมื่อดวงอาทิตย์และดวงจันทร์สอดคล้องกับโลก อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของร่างสวรรค์ทั้งสองนี้รวมกันเพื่อผลิตน้ำขึ้นน้ำลงที่ผิดปกติ
กระแสน้ำฤดูใบไม้ผลิเกิดขึ้นโดยเฉลี่ยทุกสองสัปดาห์ ประมาณหนึ่งสัปดาห์หลังจากน้ำฤดูใบไม้ผลิแต่ละแกนโลกดวงจันทร์ตั้งฉากกับแกนโลก - ดวงอาทิตย์ ผลกระทบความโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ยกเลิกซึ่งกันและกันและกระแสน้ำต่ำกว่าปกติ สิ่งเหล่านี้เรียกว่ากระแสน้ำเชี่ยว
กระแสน้ำในโลกแห่งความเป็นจริงของมหาสมุทร
นอกเหนือจากแอ่งมหาสมุทรหลักสามแห่งคือมหาสมุทรแปซิฟิกมหาสมุทรแอตแลนติกและอินเดียแล้วยังมีแอ่งน้ำขนาดเล็กหลายแห่งเช่นทะเลเมดิเตอเรเนียนทะเลแดงและอ่าวเปอร์เซีย แต่ละอ่างเหมือนภาชนะและอย่างที่คุณเห็นเมื่อคุณเอียงน้ำหนึ่งแก้วไปมาน้ำมีแนวโน้มที่จะลื่นระหว่างผนังของภาชนะน้ำในแอ่งแต่ละแห่งของโลกมีช่วงเวลาการสั่นตามธรรมชาติและสิ่งนี้สามารถปรับเปลี่ยนแรงคลื่นจากแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์
ยกตัวอย่างเช่นช่วงเวลาของมหาสมุทรแปซิฟิกคือ 25 ชั่วโมงซึ่งจะช่วยอธิบายได้ว่าเหตุใดน้ำขึ้นสูงเพียงวันเดียวในหลายส่วนของมหาสมุทรแปซิฟิก ตรงกันข้ามกับมหาสมุทรแอตแลนติกเป็นเวลา 12.5 ชั่วโมงดังนั้นโดยทั่วไปจะมีกระแสน้ำขึ้นน้ำลงสองครั้งต่อวันในมหาสมุทรแอตแลนติก ที่น่าสนใจในช่วงกลางของแอ่งน้ำขนาดใหญ่มักไม่มีกระแสน้ำเพราะความผันผวนตามธรรมชาติของน้ำมีแนวโน้มที่จะมีจุดศูนย์ที่ศูนย์กลางของแอ่งน้ำ
กระแสน้ำมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นในน้ำตื้นหรือในน้ำที่เข้าสู่พื้นที่ จำกัด เช่นอ่าว Bay of Fundy ในแคนาดา Maritimes พบกับกระแสน้ำที่สูงที่สุดในโลก รูปร่างของอ่าวสร้างความผันผวนตามธรรมชาติของน้ำที่ก่อให้เกิดเสียงสะท้อนกับความผันผวนของมหาสมุทรแอตแลนติกเพื่อสร้างความแตกต่างของความสูงเกือบ 40 ฟุตระหว่างน้ำขึ้นน้ำลงและน้ำลง
กระแสน้ำได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศและเหตุการณ์ทางธรณีวิทยา
ก่อนที่จะใช้ชื่อ คลื่นสึนามิซึ่งหมายถึง "คลื่นลูกใหญ่" ในญี่ปุ่นนักสมุทรศาสตร์เคยกล่าวถึงการเคลื่อนไหวของน้ำขนาดใหญ่ที่ติดตามแผ่นดินไหวและพายุเฮอริเคนว่าเป็นคลื่นยักษ์ คลื่นเหล่านี้เป็นคลื่นกระแทกที่เดินทางผ่านน้ำเพื่อสร้างน้ำที่ทำลายล้างสูงที่ชายฝั่ง
ลมแรงอย่างต่อเนื่องสามารถช่วยขับน้ำไปยังฝั่งและสร้างกระแสน้ำที่เรียกว่าคลื่น สำหรับชุมชนชายฝั่งทะเลคลื่นเหล่านี้มักได้รับผลกระทบมากที่สุดจากพายุโซนร้อนและพายุเฮอริเคน
วิธีนี้สามารถทำงานในวิธีอื่นเช่นกัน ลมนอกชายฝั่งที่แข็งแกร่งสามารถผลักน้ำออกสู่ทะเลและสร้างกระแสน้ำที่ผิดปกติ พายุขนาดใหญ่มักเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีความกดอากาศต่ำเรียกว่าการซึมเศร้า ลมกระโชกแรงจากมวลอากาศความดันสูงไปสู่การหดหู่และกระโชกแรงขับน้ำ