Atsimenate, mokykloje jums per fizikos pamokas pasakojo apie potencinę ir kinetinę energiją? Kaip virš žemės pakeltas kūnas turi potencinę energiją mgh ir jį paleidus žemyn, ta energija virsta kinetine? Neatsimenate? Tai ir gerai, nes toks aiškinimas yra neteisingas, ir kuo daugiau apie jį galvoju, tuo labiau jis man nepatinka. Ta proga papasakosiu, kas iš tiesų yra potencinė energija ir kaip ją pasitelkus galima paaiškinti visus tris „potvyninius“ efektus, apie kuriuos rašiau anksčiau.

Potencinė energija yra energija, sukaupta sistemoje dėl jos dalių išsidėstymo, bet ne dėl tų dalių judėjimo. Kitaip tariant, potencinė energija priklauso tik nuo sistemos dalių koordinačių, jų formos bei panašių dalykų, bet ne nuo greičių ar pagreičių. Iš esmės priešinga potencinei yra kinetinė energija, kuri priklauso būtent nuo dalių judėjimo, bet ne nuo jų pozicijų ar formų. Potencinė energija priklausomai nuo šaltinio gali būti skirstoma į elastinę (sukauptą deformuotuose kūnuose, pvz. suspaustoje spyruoklėje), šiluminę (sukauptą pašildytuose kūnuose), elektrinę, gravitacinę ir kitokias. Būtent gravitacinė potencinė energija yra svarbi šiuo atveju, nes tai yra pagrindinė ir kone vienintelė dangaus kūnų tarpusavio sąveika. Svarbus gravitacinės (ir, daugeliu atveju, elektrinės) potencinės energijos bruožas yra tas, kad ji beveik visada būna neigiama. Neigiama kūno energija reiškia, kad kūnas yra „pririštas“ prie sistemos ir norint jį iš tos sistemos pašalinti, reikia jam suteikti kažkiek papildomos energijos. Elementarus pavyzdys – mes esame „pririšti“ prie Žemės ir norint ištrūkti į atvirą kosmosą, reikia kosminio laivo, kuris degina daug kuro. Pririšti mes esam gana smarkiai – vienam kilogramui kūno masės pabėgti iš Žemės gravitacinio lauko reikia daugiau nei 60 megadžaulių (arba, buitiškesniais vienetais, 17 kilovatvalandžių) energijos. O pabėgti iš Saulės sistemos, pradedant Žemės orbitoje, reikės beveik 900 megadžaulių energijos kiekvienam kilogramui.

Šitokia potencinė energija kūno masės vienetui, dar vadinama tiesiog gravitaciniu potencialu, paprasčiausiu (taškinio kūno) atveju kinta atvirkščiai proporcingai atstumui iki to kūno, t.y. E = -GM/R, kur G yra vadinamoji gravitacinė, arba Niutono, konstanta, M yra traukiančio kūno masė, o R – tas minėtas atstumas. Tokią priklausomybę galima nesunkiai nubraižyti ir gauti gilyn smengantį „gravitacinį šulinį“ (angl. „gravity well“; Saulės sistemos planetų ir kai kurių palydovų šuliniai gražiai iliustruoti čia). Jei kūnas yra rutulio formos ir tolygaus tankio, visiškai izoliuotas nuo aplinkos ir nesisuka, jo kuriamas gravitacinis šulinys bus tiksliai sferiškai simetriškas, t.y. vienodas visomis kryptimis nuo to kūno. Supaprastinimų čia yra daug, bet daugeliu atvejų jie beveik visiškai tikslūs. Beje, palyginimas su šuliniu neatsitiktinis – bemasis kūnas, „padėtas“ kažkur erdvėje, kris artyn to traukiančiojo kūno analogiškai kaip ant tokios formos duobės krašto padėtas kūnas riedės žemyn į ją. Krisdamas kūnas praras potencinę energiją (formaliau šnekant, potencinė energija taps labiau neigiama) ir įgis kinetinę, nes judės vis greičiau.

Kas atsitinka, kai įvertiname, jog kūnas nėra visiškai izoliuotas, bet egzistuoja tarp kitų kūnų? Va tada ir prasideda potvyniai. Pradžiai įsivaizduokime Mėnulio gravitacinį šulinį ties Žeme. Artimesnėje Mėnuliui Žemės pusėje jis bus gilesnis, nei viduryje, o viduryje gilesnis, nei priešingoje pusėje. Prie šito šulinio pridėjus Žemės potencialą, skirtumai niekur nepradingsta. Jie tik tampa labai nežymūs, lyginant su tuo Žemės sukurtu giluminiu gręžiniu. Tačiau net ir tokio nežymaus nuokrypio nuo sferinės simetrijos užtenka, kad potencialinė duobė ties Žemės paviršiumi taptų nebe apskrita, o šiek tiek eliptinė. Ir tas eliptiškumas aplink Žemę „sukasi“ kartu su Mėnuliu. O vanduo, esantis Žemės paviršiuje, kaip ir bet koks bet kur esantis skystis, stengiasi užpildyti indo formą mažiausios energijos konfigūracijoje. Stiklinėje tai reiškia, kad vandens paviršius bus horizontalus, o Žemės atveju vanduo išsilies į tuos elipsinius nesferiškumus, kai tik galės. Būtent dėl to ir kyla potvynio bangos.

Kietus daiktus pajudinti yra sunkiau, nei skystus, bet ir uola subyrės, jei smarkiai pastumsi. Taigi jei gravitacinio šulinio iškreipimas pasidaro gerokai stipresnis, nei Žemės potvynių atveju, ima byrėti ir uolos, susidaro kriaušės pavidalo forma ir Mėnulis prisirakina prie Žemės. Kuo stipresnis pašalinis iškreipimas, tuo mažesnis paties šulinio gylis, matuojant nuo objekto fizinio paviršiaus iki žemiausio taško, iki kurio pripiltas vanduo išbėgtų į kitą šulinį. Tad jei tas taškas priartėja visai prie pat kūno fizinio paviršiaus, materija ima atplyšinėti nuo to kūno ir lėkti prie kito – prasideda potvyninis sunaikinimas bei kiti nemalonūs procesai.

Tad šitaip paprasti šuliniai paaiškina potvynius ir viską, kas su jais susiję. Na gerai, ne visai viską, bet tai jau tik detalės. Vėlgi tikiuosi, kad kažką supratote. O ateičiai atsiminkite, kad jei kas nors jums aiškins, jog neišnaudojate savo potencialo, galėsite atsikirsti, kad nėra ką naudoti, nes jis vis tiek neigiamas (nebent galvotume apie cheminį potencialą, bet susideginti norinčių tarp mūsų turbūt nedaug, ar ne?).