Откуда берется энергия приливов?

Какой-то странный, случайный вопрос, который возник у меня в голове. Энергия приливов — движения земного океана, вулканизма на некоторых спутниках Юпитера и т. д. — очевидно, исходит от гравитационного взаимодействия крупных тел. На Земле взаимодействия с Луной притягивают воду к поверхности, создавая некоторое количество тепла из-за трения и т. д.

У меня вопрос, откуда именно берется эта энергия? Точнее, какой потенциальный источник энергии истощается для выполнения этой работы? Замедляется ли вращение Земли на минуту — или орбиты Земли и Луны слегка изменяются с течением времени из-за противодействующего движения и трения жидкостей и газов?

Тесно связано: physics.stackexchange.com/q/52132
Приливное трение заставляет Луну удаляться каждый год. Но не навсегда.
Поскольку этот вопрос касается вулканизма на некоторых спутниках Юпитера, он тесно связан с L Physics.stackexchange.com/q/142435/52112 .
Хотя я завалил физику в универе. Я считаю, что это не полный ответ. Даже если бы Земля не вращалась, прилив был бы два раза в месяц, а не (примерно) два раза в день. Если бы вертикальное (приливное) движение океана приводило к теплу (из-за трения) или электричеству (из-за турбины), эта энергия исходила бы от Луны (т.е. Луна приближалась бы к Земле).

Ответы (3)

У меня вопрос, откуда именно берется эта энергия? Точнее, какой потенциальный источник энергии истощается для выполнения этой работы? Замедляется ли вращение Земли на минуту — или орбиты Земли и Луны слегка изменяются с течением времени из-за противодействующего движения и трения жидкостей и газов?

В случае земных океанов и вулканов Ио и Энцелада источником энергии является кинетическая энергия вращения планеты, а не орбитальная энергия. Я много писал об Ио в этом ответе на вопрос Когда планета нагревается за счет гравитационного притяжения, откуда берется энергия в этом месте. Если нет возражений, я оставлю этот ответ в силе в отношении объяснения источника серных вулканов на Ио и криовулканов на Энцеладе.

В случае земных океанов скорость вращения Земли (один оборот в день) намного выше, чем скорость обращения Луны (один оборот в месяц). Трение, вязкость, эффект Кориолиса, а также размеры и формы океанских бассейнов означают, что приливы, создаваемые Луной, одновременно медленно замедляют скорость вращения Земли и медленно заставляют Луну удаляться от Земли.

Замедление скорости вращения Земли и орбитальной скорости Луны записано на камне (фактически затвердевшей глине) в затмениях Луны и Солнца, записанных древними вавилонскими астрономами. Например, путь полного солнечного затмения, наблюдаемого в Вавилоне 15 апреля 136 г. до н.э., прошел бы над Алжиром, а не над Вавилоном, если бы скорость вращения Земли и скорость обращения Луны были постоянными ( Стивенсон ).

Замедление скорости вращения Земли и орбитальной скорости Луны еще более четко записано в горных породах (в буквальном смысле) в форме некоторых окаменелостей и приливных ритмов, осадочных скальных образований, которые имеют очень древние записи суточных/месячных/годовых изменений в приливы. День был на пару часов короче, чем сейчас 450 миллионов лет назад, короче еще 900 миллионов лет назад ( Уильямс ).


Использованная литература:

Р. Стефенсон, «Исторические затмения и вращение Земли», Astronomy & Geophysics 44:2 (2008): 22-27 .

Г. Уильямс, «Геологические ограничения докембрийской истории вращения Земли и орбиты Луны», Reviews of Geophysics 38.1 (2000): 37-59 .

Хотя общая потенциальная энергия системы твердая земля + океаны + луна + солнце оставалась бы примерно постоянной, энергия одного из них может увеличиваться за счет трех других. Вот как появляется приливная энергия. Приливное трение действительно способствует уменьшению полной гравитационной потенциальной энергии всей системы. Это также вызывает снижение скорости вращения Земли.

Стоит отметить, что конечным результатом этого является то, что Луна отдаляется от Земли, эффект, который был измерен с использованием оборудования, оставленного миссиями Аполлона. Раньше Луна была намного ближе, чем сейчас.
Еще одна вещь, о которой стоит упомянуть, это то, что Земля в конечном итоге также будет привязана к Луне, однако этот процесс займет очень много времени. «Атомные часы показывают, что современные сутки длиннее примерно на 1,7 миллисекунды, чем сто лет назад». - Википедия Но эта скорость изменения углового вращения Земли замедлится, когда вращение Земли приблизится к угловому движению Луны.
Этот ответ кажется неверным. Почему общая потенциальная энергия системы твердая земля + океаны + луна + солнце остается постоянной? Постоянной должна быть полная энергия, включающая гравитационную, кинетическую и внутреннюю энергию тел (в инерциальной системе отсчета). И приливное трение приводит к я н с р е а с е гравитационной потенциальной энергии - Луна удаляется от Земли на 3,8 см/год, сохраняя примерно круговую орбиту. Единственное, что кажется правильным, это то, что угловая скорость Земли должна уменьшаться из-за Луны.
@ JánLalinský - Вы правы; этот ответ неверен. Не существует такого понятия, как закон сохранения механической энергии, не говоря уже о потенциальной энергии.

У меня вопрос, откуда именно берется эта энергия? Точнее, какой потенциальный источник энергии истощается для выполнения этой работы?

В целом это зависит от системы отсчета, к которой относится определение энергии. Система отсчета, движущаяся совместно с центром Земля-Луна, но не вращающаяся, может рассматриваться как инерциальная. В этой системе кинетическая энергия твердой Земли уменьшается, как и кинетическая энергия Луны. Увеличивается гравитационная потенциальная энергия системы, а также внутренняя энергия Земли (завихрения океана и атмосферы). Таким образом, с этой точки зрения энергия приливов, волн и нагрева исходит из кинетической энергии обоих твердых тел.

Откуда берется энергия приливов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v