Приливной выпуклости нет.

Это была одна из немногих ошибок Ньютона. Ньютон правильно вычислил функцию приливного воздействия, но реакция на это воздействие в океанах совершенно неверна.

Ньютоновская равновесная теория приливов с ее двумя приливными выпуклостями опровергается наблюдениями. Если бы эта гипотеза была верна, прилив происходил бы, когда Луна находится в зените и в надире. В большинстве мест в земных океанах приливы случаются каждые 12,421 часа, но происходят ли эти приливы в зените или надире, это чистая удача. В большинстве мест существует предсказуемое смещение от зенита/надира Луны и времени прилива, и это смещение не равно нулю.

Одно из самых запутанных мест в отношении приливов — задний двор Ньютона. Если бы теория равновесия Ньютона была верна, приливы в Северном море происходили бы примерно в одно и то же время. Это не то, что наблюдается. В любое время суток всегда можно найти место в Северном море, где наблюдается прилив, и другое, где одновременно наблюдается отлив.

Почему нет вздутия?

Помимо доказательств, есть ряд причин, по которым приливная выпуклость не может существовать в океанах.

Приливная выпуклость не может существовать из-за способа распространения водяных волн. Если бы приливная выпуклость действительно существовала, она образовала бы волну с длиной волны, равной половине окружности Земли. Эта длина волны намного больше, чем глубина океана, а это означает, что волна будет мелкой. Скорость мелкой волны в каком-то месте примерно$\sqrt{gd}$, куда$d$глубина океана в этом месте. Эта приливная волна могла двигаться только со скоростью 330 м/с даже над самой глубокой океанической впадиной, 205 м/с на средней глубине 4267 м и меньше на мелководье. Сравните со скоростью вращения 465 м/с на экваторе. Мелкая приливная волна не успевает за вращением Земли.

Приливная выпуклость не может существовать, потому что Земля не полностью покрыта водой. Есть два огромных барьера с севера на юг для приливной выпуклости Ньютона: Америка в западном полушарии и Афро-Евразия в восточном полушарии. Приливы на тихоокеанском побережье Панамы очень сильно отличаются от приливов всего в 100 километрах от карибского побережья Панамы.

Третья причина, по которой приливная выпуклость не может существовать, — это эффект Кориолиса. То, что Земля вращается со скоростью, отличной от орбитальной скорости Луны, означает, что эффект Кориолиса разделит приливную волну, даже если Земля будет полностью покрыта очень глубоким океаном.

Что такое правильная модель?

В чем Ньютон ошибался, Лаплас был прав.

Динамическая теория приливов Лапласа объясняет упомянутые выше проблемы. Это объясняет, почему где-то в Северном море (и в Патагонии, и на побережье Новой Зеландии, и в некоторых других местах на Земле, где приливы совершенно чокнутые) всегда бывают приливы. Функции приливного воздействия в сочетании с глубиной и очертаниями океанических бассейнов приводят к образованию амфидромных систем. На поверхности есть точки, «амфидромные точки», которые не испытывают приливов, по крайней мере, в отношении одной из многих силовых функций приливов. Приливные реакции вращаются вокруг этих амфидромных точек.

Существует большое количество частотных откликов на общие функции приливного воздействия. Луна является доминирующей силой в отношении приливов. Это помогает смотреть на вещи с точки зрения частотной области. С этой точки зрения преобладающая частота в большинстве мест на Земле составляет 1 цикл за 12,421 часа, приливную частоту М _{2 .} Вторым по величине является 1 цикл за 12 часов из-за Солнца, частота приливов S _{2 .} Поскольку функция форсирования не совсем симметрична, есть также отклики 1 цикл за 24,841 часа (частота приливов M ₁ ), ответы 1 цикл за 24 часа (частота приливов S ₁ ) и множество других. Каждый из них имеет свою амфидромную систему.

Что касается Северного моря, то в окрестностях Северного моря имеются три приливные амфидромные точки М _{2 .} Это прекрасно объясняет, почему приливы в Северном море такие дурацкие.

Картинки

Для тех, кто любит образы, вот несколько ключевых изображений. Я надеюсь, что владельцы этих изображений не будут переделывать свои сайты.

Приливная сила

Источник: https://physics.mercer.edu/hpage/tidal%20asymmetry/asymmetry.html .

Это то, что Ньютон сделал правильно. Приливная сила направлена ​​от центра Земли, когда Луна (или Солнце) находится в зените или надире, и внутрь, когда Луна (или Солнце) находится на горизонте. Вертикальная составляющая является движущей силой реакции Земли в целом на эти приливные силы. Этот вопрос не о земных приливах. Вопрос об океанских приливах, а там именно горизонтальная составляющая является движущей силой.

Глобальная приливная реакция M ₂

Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/File:M2_tidal_constituent.jpg

Составляющая приливов M2 - это реакция примерно два раза в день на функцию приливного воздействия, возникающую из-за Луны. Это доминирующий компонент приливов во многих частях мира. На первом изображении показаны амфидромные точки M2, точки, где нет компонента M2 приливов. Несмотря на то, что эти точки имеют нулевую реакцию на этот компонент, эти амфидромные точки, тем не менее, имеют решающее значение для моделирования приливной реакции. Второе изображение, анимированный gif, показывает реакцию с течением времени.

Приливная реакция M2 в Северном море

Архивный источник: www.geog.ucsb.edu/~dylan/ocean.html

Я несколько раз упомянул Северное море в своем ответе. В Северной Атлантике происходит 40% приливной диссипации M2, а Северное море является центром этой диссипации.

Поток энергии полусуточной лунной приливной волны (М2)

Источник: http://www.altimetry.info/thematic-use-cases/ocean-applications/tides/ http://www.altimetry.info/wp-content/uploads/2015/06/flux_energie.gif

На приведенном выше изображении показан перенос энергии из мест, где создается приливная энергия, в места, где она рассеивается. Эта передача энергии объясняет странные приливы в Патагонии, одном из мест на Земле, где приливы самые высокие и самые нелогичные. Эти патагонские приливы в значительной степени являются результатом переноса энергии из Тихого океана в Атлантический. Это также показывает огромную передачу энергии в Северную Атлантику, где происходит 40% приливной диссипации M2.

Обратите внимание, что эта передача энергии обычно идет на восток. Вы можете думать об этом как о «чистой приливной выпуклости». Или нет. Я предпочитаю "или нет".

Расширенные обсуждения на основе комментариев

(...потому что здесь мы удаляем комментарии)

Разве цунами не мелководная волна по сравнению с океанскими бассейнами? Я знаю, что длина волны меньше, но это все еще мелководная волна и, следовательно, будет распространяться с той же скоростью. Почему они не страдают от того, что вы упомянули о скорости вращения Земли.

Во-первых, есть большая разница между цунами и приливами. Цунами является результатом нелинейного затухающего гармонического осциллятора (земного океана) импульса (землетрясения). Приливы являются реакцией на циклическую движущую силу. Тем не менее,

• Как и в случае любого гармонического осциллятора, импульсная характеристика дает информацию о реакции на циклическую движущую силу.
• Цунами подвержены эффекту Кориолиса. Эффект небольшой, но есть. Причина, по которой он мал, заключается в том, что цунами, по большей части, являются краткосрочными событиями относительно скорости вращения Земли. Эффект Кориолиса проявляется в долговременной реакции океанов на цунами. Топография гораздо важнее для цунами.

По следующей ссылке показана анимация землетрясения 2004 года, вызванного цунами в Индонезии .

Ссылки на вышеперечисленное:

Дао, М.Х., и Ткалич, П. (2007). Моделирование распространения цунами? исследование чувствительности. Natural Hazards and Earth System Science , 7(6), 741-754.

Эз, К.Л., Уко, Д.Е., Гобо, А.Е., Сигало, Ф.Б., и Исраэль-Куки, К. (2009). Математическое моделирование распространения цунами. Журнал прикладных наук и экологического менеджмента , 13(3).

Ковалик, З., Найт, В., Логан, Т., и Уитмор, П. (2005). Численное моделирование глобального цунами: цунами в Индонезии 26 декабря 2004 г. Science of Tsunami Hazards , 23(1), 40-56.

Это интересный ответ, полный интересных фактов и диаграмм, но я думаю, что он немного преувеличен. Объяснение Ньютона не было неверным, оно было приблизительным. Он знал, что это приблизительное значение — очевидно, он знал, что на земле есть не только вода, но и суша, что в разных местах приливы бывают разной высоты и так далее. Я не думаю, что это совпадение, что высота выпуклости в эквипотенциале почти соответствует размеру, который объясняет наблюдаемую высоту приливов.

Анализ Ньютона был хорошим началом. Ньютон определенно правильно описал приливную силу. У него не было математических инструментов, чтобы добиться большего, чем то, что он сделал. Анализ Фурье, правильное обращение с неинерционными системами отсчета и гидродинамика — все это появилось после Ньютона примерно на столетие.

Помимо проблем, упомянутых выше, Ньютон игнорировал горизонтальную составляющую приливной силы и рассматривал только вертикальную составляющую. Горизонтальная составляющая не была бы важна, если бы Земля была привязана к Луне приливами. Динамическая теория приливов по существу игнорирует вертикальную составляющую и рассматривает только горизонтальную составляющую. Это дает совсем другую картину приливов.

Я далеко не одинок в том, что приливной выпуклости не существует. Например, из этой лекции на странице, посвященной динамическим приливам , риторически спрашивается: «Но как вода, находящаяся в бассейне, вообще может участвовать в волновом движении, подобно «приливным выпуклостям», которые предположительно охватывают земной шар, как это изображено в теории равновесия?» и тут же отвечает (выделено мной) « Ответ — не может » .

В Аффхолдер, М., и Валирон, Ф. (2001). Описательная физическая океанография. CRC Press , авторы вводят ньютоновский равновесный прилив, но затем пишут (выделено мной): «Чтобы приливная волна двигалась с такой огромной скоростью 1600 км/ч, идеальная глубина океана должна быть 22 км. океана как 3,9 км, скорость приливных возвышений может быть только 700 км/ч. Поэтому положение равновесия в любой момент, требуемое этой теорией, не может быть установлено » .

Океанографы до сих пор преподают ньютоновскую теорию равновесных приливов по ряду причин. Это дает правильную картину функции приливного воздействия. Более того, многие студенты не понимают, сколько мест может иметь два прилива в день. Если на то пошло, большинство инструкторов по океанографии и авторов учебников не понимают! Многие океанографы и их тексты до сих пор считают, что внутренняя выпуклость является следствием гравитации, а другая выпуклость является следствием так называемой центробежной силы. Это сводит геофизиков и геодоков с ума. Это начинает меняться; За последние десять лет или около того некоторые тексты по океанографии наконец начали учить, что единственная сила, необходимая для объяснения приливов, — это гравитация.

Картина приливов на противоположных сторонах Земли с периодом около 12 часов (на самом деле 12 часов 25 минут, из-за вращения Земли) является чрезмерным упрощением. Это всего лишь отправная точка. Так вели бы себя приливы в пределах Земли, состоящей только из воды, а глубина океана настолько велика, что это не оказывает влияния на поверхностную волну.

Но на Земле есть континенты, полуострова, заливы, эстуарии и тому подобное, а океан имеет конечную глубину, вызывающую фрикционные эффекты океанских волн и характерные частоты океанских бассейнов. Все эти факторы, а также эффект Кориолиса из-за вращения Земли влияют на граничные условия изменения высоты океана из-за приливов. В свою очередь, в зависимости от местной прибрежной географии, локальные бассейны могут иметь характерные резонансные частоты, приводящие к локальному созидательному или разрушительному вмешательству с приливами.

Все эти эффекты приводят к гармоникам более высокого порядка в приливах поверх 12-часового 25-минутного основного прилива. Под более высоким порядком я подразумеваю, что эти компоненты приливов имеют более высокие частоты (более короткие периоды). И они могут иметь локальное значение.

Именно эти кратковременные эффекты (периоды в несколько часов, а не 12+) объясняют, что происходит в таких местах, как два места в Англии.

В статье Википедии о теории приливов есть несколько ссылок на статьи о гармоническом анализе приливов, проведенные Джорджем Дарвином (сыном Чарльза) и другими в начале 1900-х годов. В настоящее время эта работа выполняется с помощью численного моделирования, но эта работа основывается на работе, проделанной ранее.

В отличие от морского прилива, который довольно сложен, как объясняют другие ответы, твердый (не очень твердый для этой части) земной прилив имеет тенденцию быть простым, и картина первого порядка может быть разумно аппроксимирована метафорой «выпуклости», упомянутой в вопрос.

Твердый земной прилив обычно имеет амплитуду ~ 1 фут, и его можно безопасно игнорировать в большинстве ситуаций, включая обычную съемку. Это, вероятно, причина, почему большинство людей не знают об этом явлении. Тем не менее, интересно осознавать, что ваш дом перемещается вверх и вниз примерно на тридцать сантиметров два раза в день.

В записи в Википедии есть хорошее объяснение и ссылка на дополнительную ссылку.

Конкретная проблема вашего местоположения частично решена в комментариях. Я полагаю, что шесть часов проблематичны для вас.

Отредактируйте после прочтения основного ответа, что есть много выпуклостей из-за граничных условий ландшафта океана и механики жидкости.

Что означает, что выпуклость, высокий двенадцатифутовый прилив, приходит с запада, скажем, в 12:00? Вода засасывается в выпуклость. Выпуклость со стороны океана, когда она достигнет Великобритании, начнет поглощать воду вокруг острова. Здесь не так много воды, как на берегу океана, и вода на востоке опускается, а на западе вода поднимается. По мере того, как притяжение Луны/Солнца проходит над британской частью и движется к континенту, будет небольшой подъем воды в канале, но в то же время вода, которая создавала выпуклость на западе, наполняется обратно до равновесие в канале, и будет небольшой, не очень видимый эффект менее чем через час, пока выпуклость переходит к континенту.

Интересно знать, что даже твердая земля имеет выпуклости, называемые земными приливами , высотой порядка 40-50 см. Их необходимо учитывать, чтобы сохранить устойчивость пучков на LHC.

Да, у земли есть приливы на противоположных сторонах. Вот почему приливы наступают с интервалом примерно в 12 часов.

Время приливов в близлежащих местах очень зависит от местных форм рельефа. Вы, вероятно, можете увидеть хорошую градацию времени прилива, если посмотрите на города между Холихедом и Уитби. Задержка может быть разной для приливов и отливов. Приливы становятся очень сложными, когда география трудна.

Теория приливов и передачи углового момента Луне ложна.

Объяснение приливов, данное Википедией и ее поклонниками, является ложным, и очень жаль, что такие вводящие в заблуждение изображения не были удалены и до сих пор цитируются. На самом деле выпуклости в соответствии с луной нет ни в какое время .

Я потрудился получить положения Луны (и Солнца) на дату, указанную на цитируемой картинке gif:

(вы можете проверить здесь ).

Красные точки — это точки максимального подъема, синие — точки с нулевой отметкой, тогда как в исходном gif-файле они обозначают понижения.

Вы можете легко увидеть, что никогда не бывает выпуклости в соответствии с Луной или впереди нее (что является предполагаемой причиной ускорения Луны на ее орбите), на самом деле вы должны заметить, что разница в гравитационном притяжении там, где Луна находится. в зените составляет лишь долю миллигал, и вы можете оценить, что это значит, если учесть, что g-тяга в разных местах земли может отличаться на 50 мгал (из-за широты, высоты и т. д.).

Не может быть выпуклости , когда (большую часть дня) он находится над сушей, и даже когда он находится в океанах , выпуклости нет : возвышения быстро поворачиваются к северу, ориентируясь на амфидромные точки и береговые линии.

Есть только на выпуклости, которая близко следует за Луной и которая находится в Антарктиде. Это происходит потому, что на ее пути нет препятствий и потому что (из-за широты) тангенциальная скорость земли равняется фазе волны.

Фото 1 и 4 (один над другим слева) сделаны с 12-часовой задержкой и показывают единственное место, где есть 2 прилива (в этот день), причем противоположный прилив происходит между солнцем и луной. Чтобы получить более ясную картину, мы можем также посмотреть на приливы в дату (2000-1-6 18:00), когда наблюдается максимально возможный прилив: луна в перигее (6 января), новолуние (на 90° З), луна в тропике Козерога, большую часть дня находится в океанах:

Данные высот взяты из этой анимации на 1:00. Я не смог загрузить замороженный кадр 2000-1-6 18:00, если кто-то может, пожалуйста, добавьте изображение, чтобы упростить проверку.

Если кто-то не может показать, что я неправильно представил эти данные, вы можете легко увидеть, что все утверждения в вики или в другом ответе здесь и в аналогичном вопросе оказались ложными, необоснованными, нереальными.

Все мифы вокруг выпуклостей развеяны: по обеим сторонам Луны есть только впадины, нет шансов на двусмысленность, ничто не может ускорить движение Луны по ее орбите (на самом деле все наоборот, впадины могут только ее замедлить) , противоположного прилива (на 90° в. д.) нет, а максимумы возникают в непредсказуемых и непредсказуемых местах, как вы можете видеть на картинке.

Приливные движения различны в различных геоокеанических точках нашего земного шара. Океан — это вода, которая является текучей, в отличие от открытых поверхностей земли на земле, которые, конечно, тверды; до такой степени, что лунный эффект не может превратить поверхность земли в выпуклость. Следовательно, глубина океана будет увеличиваться в зависимости от положения Луны относительно Земли. Несмотря на вышесказанное, глубина океана будет меняться в зависимости от других эффектов физики температуры океана из-за океанских трещин, высвобождающих вулканические условия, вызывающие повышение температуры океана. Кроме того, движения тектонических плит (землетрясения) будут вызывать различное воздействие на глубины океана, что может быть истолковано как вызванное Луной приливное изменение в некоторых местах.

Ответ начинается с понимания того, что никакие молекулы воды не движутся так быстро, как Луна движется вокруг Земли. Даже если бы на пути не было массивов суши и вся планета состояла бы из воды, ни одна молекула воды не могла бы двигаться вокруг Земли достаточно быстро, чтобы не отставать от Луны (окружность Земли = 24 000 миль за 12 часов, что 2000 миль в час!).

Мое объяснение -

Все, на что способна одна молекула воды, — это как бы дрейфовать к Луне. Однако он не может дрейфовать к Луне, когда находится в Дальней Приливной выпуклости (земля мешает) или в ближней Приливной выпуклости (океаны редко летают).

Однако молекулы воды по бокам Земли (на диаграмме выше) МОГУТ двигаться к Луне. Они могут не двигаться далеко (я предполагаю, что это какое-то количество миль/километров), но они перемещаются достаточно далеко, чтобы растянуть воду по бокам в Приливную выпуклость. Вот почему Приливная выпуклость больше Дальней приливной выпуклости.

Может быть полезно подумать, что произошло бы, если бы Луна двигалась очень медленно. В таком случае вода могла бы угнаться за луной и, я думаю, Дальняя Приливная Дуга была бы небольшой или даже исчезла бы. Или, если бы Луна двигалась очень быстро, у воды не было бы времени значительно перемещаться между орбитами, поэтому не было бы приливов. Сейчас у нас случай между этими двумя крайностями.

Отличный вопрос! Помню, когда я впервые увидел это, я подумал, что книги ошибались.

Изменить. На дальней стороне, хотя гравитация там слабее из-за большего R в Fg=G m1 m2 / R^2, я нахожу это объяснение неубедительным. Мое объяснение работает, даже если гравитационное поле постоянно, а объяснение 1/R^2 не работает в случае очень медленно вращающейся луны. Думаю, мне нужно будет обработать цифры, чтобы доказать это, поскольку это не официальный ответ.