Fizikos pradžiamokslis. Potvyniai

Jei kartais gyvenate prie didelio vandens telkinio (t.y. didesnio, nei kokia Baltijos jūra), turbūt dažnai susiduriate su kasdieniais potvyniais. Jei negyvenate, greičiausiai bent viena ausimi apie juos esate girdėję. Du sykius per dieną vanduo pakyla, du sykius nusileidžia. Galbūt netgi kur nors esate girdėję, kad šitą reiškinį sukelia arba Mėnulis, arba Žemės sukimasis, arba dar kažkas. O čiame įraše galėsit perskaityti, kaip čia viskas iš tikrųjų vyksta.

Pradėti aiškinimą reikėtų primenant apie tokį įdomų reiškinį, vadinamą gravitacija. Tą pačią gravitaciją, kuri numetė Niutonui ant galvos obuolį, kuri neleido Galilėjui pašokus įrodyti, kad Žemė sukasi, ir dėl kurios Žemė aplink Saulę sukasi daugmaž ratu, o ne nuskrenda į kosmoso gilumą. Gravitacinė sąveika (klasikiniu požiūriu – į bendrąją reliatyvumo teoriją čia nelįsiu) yra bet kokių masę turinčių objektų tarpusavio trauka. Ši trauka pasireiškia kaip jėga, kuria vienas kūnas veikia kitą. Ta jėga yra nukreipta lygiagrečiai linijai, jungiančiai kūnų masės centrus ir yra tiesiog proporcinga abiejų kūnų masėms bei atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Tas proporcingumas reiškia, kad sunkesnis kūnas trauks stipriau, o kuo toliau nuo kažkokio kūno esi, tuo jis tave trauks silpniau – Saulė Žemę traukia gerokai stipriau, nei Neptūną.

Būtent šis atstumo proporcingumas ir sukelia potvynius. Esmė čia tame, kad jei įsivaizduosime Žemę, ant kurios paviršiaus yra keletas vandens telkinių, tai Žemės masės centras ir tų vandens telkinių masės centrai nebus viename taške. O vanduo, kaip žinome, gali judėti daugmaž laisvai, t.y. jis nėra "prisegtas" prie Žemės niekaip kitaip, išskyrus tą pačią gravitaciją. O dabar įsivaizduokime, kad aplink Žemę skrenda Mėnulis (įsivaizduoti turėtų būti nesunku, nes jis tą ir daro). Daugmaž idealizuotu atveju galima sakyti, jog Mėnulis trauks keletą atskirų objektų – kietą Žemės dalį ir kiekvieną vandens telkinį atskirai. Kadangi šių objektų masės centrai yra skirtingi, tai ir Mėnulio trauka, kurią jie patiria, bus skirtinga. Tiksliau sakant, arčiausiai Mėnulio esantis vandens telkinys (t.y. tas, virš kurio tuo metu yra Mėnulis) bus traukiamas smarkiau, nei Žemės centras, o priešingoje Žemės pusėje esantis – mažiau. Taigi ir vienoje, ir kitoje Žemės pusėje vanduo "atšoks" nuo Žemės, lyginant su pradine padėtimi, kai Mėnulio nėra; arčiau Mėnulio esantis vanduo "atšoks", nes jį Mėnulis trauks stipriau, o priešingoje pusėje vanduo "atšoks" todėl, kad smarkiau už vandenį traukiama Žemė "pabėgs".

Tokia situacija su dviem vandens "pūpsniais" atsirastų tokiu atveju, jei Mėnulis tiesiog kabotų ir niekur nejudėtų. Tačiau Mėnulis juda, o bangos juda iš paskos. Kai pasiekia krantą, bangos lūžta ir išsilieja pakrantėje – potvynis. Kitoje vandens telkinio pusėje tuo metu vanduo pasitrauks tolyn nuo kranto – atoslūgis. Šitaip tos dvi bangos ir keliauja aplink Žemę, apsukdamos visą ratą du kartus per dieną.

Kokio dydžio būna potvyniai? Šitai irgi galima suskaičiuoti, bent jau labai apytikriai. Žemės centre Mėnulio traukia sukuria pagreitį, lygų maždaug 0,03 milimetro per sekundę kvadratu (taip, pagreitis matuojamas tokiais keistais vienetais). Tai yra labai labai nedaug. Skirtumas tarp Žemės centro ir paviršiaus pagreičių, atsirandančių dėl Mėnulio traukos, yra dar mažesnis – maždaug 0,0006 milimetro per sekundę kvadratu. Tačiau paskaičiuokime, kokį atstumą per valandą pasislinktų kūnas, iš rimties taško judėdamas šitokiu pagreičiu. Tas atstumas yra, norit tikėkit, norit netikėkit, – daugiau nei 3,5 metro. O dabar pabandykite įsivaizduoti tokią trijų su puse metro aukščio bangą – maždaug tiek dėl potvynių svyruoja vandens lygis Ramiojo vandenyno pakrantėse. Aišku, realus potvynio bangos aukštis apskaičiuojamas žymiai sudėtingiau dėl to, kad kylantį vandenį veikia atmosferos pasipriešinimas, trintis į Žemės plutą ir taip toliau. Taip pat reikia įvertinti, kiek laiko vanduo yra taip traukiamas Mėnulio. Šitą padaryti vėlgi galima nesudėtingai, nors ir labai apytikriai. Žemės sukimosi greitis ties paviršiumi yra beveik 1700 kilometrų per valandą, taigi išmatuojame vandens telkinio plotį rytų-vakarų kryptimi, padaliname iš šio greičio ir žinosime, kiek laiko Mėnulis bus virš to telkinio. Na o potvynio aukštis nuo šito laiko priklauso maždaug kvadratiškai (h = at^2/2), taigi pasidaro aišku, kodėl Baltijos jūroje, kurios plotis retai kur siekia 300 km, potvynių nematyti (bangos aukštis mažesnis nei 10 cm), Šiaurės jūroje (plotis ~600 km) jau matyti (50 cm), o Ramiajame vandenyne (>5000 km) bangos siekia keturis metrus ir daugiau (šitaip apytikriai paskaičiuotas bangos aukštis – net 30 m).

Tokie tat būna potvyniai Žemėje. Kitame įraše papasakosiu apie potvynius Mėnulyje ir prie juodųjų skylių bei kitų masyvių kūnų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.