Flux et reflux en fonction de la distance à la lune. Marées marines

Poursuivons la conversation sur les forces agissant sur les corps célestes et les effets qui en résultent. Aujourd'hui, je vais parler des marées et des perturbations non gravitationnelles.

Qu’est-ce que cela signifie – « perturbations non gravitationnelles » ? Les perturbations sont généralement appelées petites corrections d’une force principale importante. Autrement dit, nous parlerons de certaines forces dont l'influence sur un objet est bien moindre que les forces gravitationnelles

Quelles autres forces existent dans la nature que la gravité ? Laissons de côté les interactions nucléaires fortes et faibles ; elles sont de nature locale (agissent à des distances extrêmement courtes). Mais l’électromagnétisme, comme nous le savons, est bien plus puissant que la gravité et s’étend tout aussi loin, à l’infini. Mais comme les charges électriques de signes opposés sont généralement équilibrées et que la « charge » gravitationnelle (dont le rôle est joué par la masse) est toujours du même signe, alors avec des masses suffisamment grandes, bien sûr, la gravité vient au premier plan. On parlera donc en réalité de perturbations du mouvement des corps célestes sous l’influence d’un champ électromagnétique. Il n'y a plus d'options, même s'il existe toujours de l'énergie noire, mais nous en reparlerons plus tard, lorsque nous parlerons de cosmologie.

Comme je l'ai expliqué sur , la simple loi de la gravité de Newton F = g∙M∙m/R.² est très pratique à utiliser en astronomie, car la plupart des corps ont une forme proche de la sphère et sont suffisamment éloignés les uns des autres pour que lors du calcul, ils puissent être remplacés par des points - des objets ponctuels contenant toute leur masse. Mais un corps de taille finie, comparable à la distance entre corps voisins, subit néanmoins des influences de force différentes dans ses différentes parties, car ces parties sont situées différemment des sources de gravité, et cela doit être pris en compte.

L'attraction écrase et déchire

Pour ressentir l'effet de marée, faisons une expérience de pensée populaire parmi les physiciens : imaginez-vous dans un ascenseur en chute libre. Nous coupons la corde qui retenait la cabine et commençons à tomber. Avant de tomber, nous pouvons observer ce qui se passe autour de nous. Nous suspendons des masses libres et observons leur comportement. Au début, ils tombent de manière synchrone, et nous disons qu'il s'agit d'apesanteur, car tous les objets dans cette cabine et elle-même ressentent à peu près la même accélération de chute libre.

Mais avec le temps, nos points matériels commenceront à changer de configuration. Pourquoi? Parce que celui du bas au début était un peu plus proche du centre d'attraction que celui du haut, de sorte que celui du bas, attiré plus fort, commence à devancer le centre d'attraction. Et les points latéraux restent toujours à la même distance du centre de gravité, mais à mesure qu'ils s'en approchent, ils commencent à se rapprocher, car les accélérations d'égale ampleur ne sont pas parallèles. En conséquence, le système d’objets non connectés est déformé. C'est ce qu'on appelle l'effet de marée.

Du point de vue d'un observateur qui a dispersé des grains autour de lui et observe comment les grains individuels se déplacent tandis que l'ensemble du système tombe sur un objet massif, on peut introduire un concept tel que celui de champ de forces de marée. Définissons ces forces en chaque point comme la différence vectorielle entre l'accélération gravitationnelle en ce point et l'accélération de l'observateur ou du centre de masse, et si l'on prend uniquement le premier terme du développement dans la série de Taylor pour la distance relative, nous obtiendrons une image symétrique : les grains les plus proches seront en avance sur l'observateur, les plus éloignés seront en retard derrière lui, c'est-à-dire le système s'étirera le long de l'axe dirigé vers l'objet gravitant, et dans des directions perpendiculaires à celui-ci, les particules seront pressées vers l'observateur.

À votre avis, que se passera-t-il lorsqu’une planète sera entraînée dans un trou noir ? Ceux qui n'ont pas écouté de cours d'astronomie pensent généralement qu'un trou noir n'arrachera la matière que de la surface qui lui fait face. Ils ne savent pas qu’un effet presque aussi puissant se produit de l’autre côté d’un corps en chute libre. Ceux. il est déchiré dans deux directions diamétralement opposées, pas du tout dans une seule.

Les dangers de l'espace extra-atmosphérique

Pour montrer combien il est important de prendre en compte l’effet de marée, prenons la Station spatiale internationale. Comme tous les satellites terrestres, il tombe librement dans un champ gravitationnel (si les moteurs ne sont pas allumés). Et le champ des forces de marée qui l'entoure est une chose tout à fait tangible, donc l'astronaute, lorsqu'il travaille à l'extérieur de la station, doit s'y attacher et, en règle générale, avec deux câbles - juste au cas où, on ne sait jamais ce qui pourrait se passer. Et s'il se retrouve détaché dans des conditions où les forces de marée l'éloignent du centre de la station, il peut facilement perdre le contact avec celle-ci. Cela arrive souvent avec les outils, car on ne peut pas tous les relier. Si quelque chose tombe des mains d’un astronaute, cet objet s’éloigne et devient un satellite indépendant de la Terre.

Le plan de travail pour l'ISS comprend des tests dans l'espace d'un jetpack personnel. Et lorsque son moteur tombe en panne, les forces de marée emportent l’astronaute et nous le perdons. Les noms des disparus sont classifiés.

Il s’agit bien sûr d’une blague : heureusement, un tel incident ne s’est pas encore produit. Mais cela pourrait très bien arriver ! Et peut-être qu'un jour cela arrivera.

Planète-océan

Revenons sur Terre. C'est l'objet le plus intéressant pour nous, et les forces de marée agissant sur lui se font sentir de manière assez perceptible. À partir de quels corps célestes agissent-ils ? La principale est la Lune, car elle est proche. Le deuxième impact le plus important est celui du Soleil, car il est massif. Les autres planètes ont également une certaine influence sur la Terre, mais celle-ci est à peine perceptible.

Pour analyser les influences gravitationnelles externes sur la Terre, celle-ci est généralement représentée comme une boule solide recouverte d'une coque liquide. C'est un bon modèle, puisque notre planète possède en réalité une coque mobile sous forme d'océan et d'atmosphère, et que tout le reste est assez solide. Bien que la croûte terrestre et les couches internes aient une rigidité limitée et soient légèrement sensibles à l'influence des marées, leur déformation élastique peut être négligée lors du calcul de l'effet sur l'océan.

Si nous dessinons des vecteurs de force de marée dans le système du centre de masse de la Terre, nous obtenons l'image suivante : le champ des forces de marée tire l'océan le long de l'axe Terre-Lune et, dans un plan perpendiculaire à celui-ci, le presse contre le centre de la Terre. . Ainsi, la planète (du moins sa coquille mobile) tend à prendre la forme d’un ellipsoïde. Dans ce cas, deux renflements apparaissent (on les appelle bosses de marée) sur les côtés opposés du globe : l'un fait face à la Lune, l'autre fait face à la Lune, et dans la bande entre eux, un « renflement » correspondant apparaît (plus précisément , la surface de l'océan y a moins de courbure).

Une chose plus intéressante se produit dans la brèche - où le vecteur de force de marée tente de déplacer la coque liquide le long de la surface de la Terre. Et c'est naturel : si vous voulez élever la mer à un endroit et la baisser à un autre endroit, alors vous devez déplacer l'eau de là vers ici. Et entre elles, les forces de marée poussent l’eau vers le « point sublunaire » et vers le « point anti-lunaire ».

Quantifier l’effet de marée est très simple. La gravité terrestre tente de rendre l'océan sphérique, et la partie marémotrice de l'influence lunaire et solaire tente de l'étirer le long de son axe. Si nous laissions la Terre tranquille et la laissions tomber librement sur la Lune, la hauteur du renflement atteindrait environ un demi-mètre, c'est-à-dire L'océan ne s'élève qu'à 50 cm au-dessus de son niveau moyen. Si vous naviguez sur un navire en haute mer ou en océan, un demi-mètre n'est pas perceptible. C'est ce qu'on appelle la marée statique.

Dans presque tous les examens, je rencontre un étudiant qui affirme avec assurance que la marée ne se produit que d'un côté de la Terre - celui qui fait face à la Lune. En règle générale, c'est ce que dit une fille. Mais il arrive, quoique moins souvent, que des jeunes gens se trompent en la matière. Dans le même temps, en général, les filles ont une connaissance plus approfondie de l’astronomie. Il serait intéressant de connaître la raison de cette asymétrie « marée-genre ».

Mais pour créer un renflement d'un demi-mètre au point sublunaire, vous devez distiller ici une grande quantité d'eau. Mais la surface de la Terre ne reste pas immobile, elle tourne rapidement par rapport à la direction de la Lune et du Soleil, faisant un tour complet en un jour (et la Lune se déplace lentement en orbite - une révolution autour de la Terre en presque un mois). Par conséquent, la bosse de marée longe constamment la surface de l’océan, de sorte que la surface solide de la Terre se trouve sous la bosse de marée 2 fois par jour et 2 fois sous la baisse du niveau de l’océan. Estimons : 40 000 kilomètres (la longueur de l'équateur terrestre) par jour, soit 463 mètres par seconde. Cela signifie que cette vague d'un demi-mètre, tel un mini-tsunami, frappe les côtes orientales des continents de la région de l'équateur à une vitesse supersonique. Sous nos latitudes, la vitesse atteint 250-300 m/s - également beaucoup : bien que la vague ne soit pas très haute, en raison de l'inertie, elle peut créer un grand effet.

Le deuxième objet en termes d’influence sur la Terre est le Soleil. Elle est 400 fois plus éloignée de nous que la Lune, mais 27 millions de fois plus massive. Par conséquent, les effets de la Lune et du Soleil sont comparables en ampleur, même si la Lune agit encore un peu plus fort : l'effet de marée gravitationnelle du Soleil est environ deux fois moins faible que celui de la Lune. Parfois, leur influence est combinée : cela se produit lors d'une nouvelle lune, lorsque la Lune passe sur le fond du Soleil, et lors d'une pleine lune, lorsque la Lune est du côté opposé au Soleil. Ces jours-là, lorsque la Terre, la Lune et le Soleil s'alignent, et cela se produit toutes les deux semaines, l'effet total des marées est une fois et demie plus important que celui de la Lune seule. Et au bout d'une semaine, la Lune passe un quart de son orbite et se retrouve en quadrature avec le Soleil (un angle droit entre les directions sur elles), et alors leurs influences s'affaiblissent. En moyenne, la hauteur des marées en pleine mer varie d'un quart de mètre à 75 centimètres.

Les marins connaissent les marées depuis longtemps. Que fait le capitaine lorsque le navire s'échoue ? Si vous avez lu des romans d'aventures maritimes, vous savez qu'il regarde immédiatement dans quelle phase se trouve la Lune et attend la prochaine pleine ou nouvelle lune. La marée maximale peut alors soulever le navire et le renflouer.

Problèmes et caractéristiques côtières

Les marées sont particulièrement importantes pour les travailleurs portuaires et pour les marins qui s'apprêtent à faire entrer ou sortir leur navire du port. En règle générale, le problème des eaux peu profondes se pose près de la côte, et pour éviter qu'elles ne gênent le mouvement des navires, des canaux sous-marins - des fairways artificiels - sont creusés pour entrer dans la baie. Leur profondeur doit tenir compte de la hauteur de la marée basse maximale.

Si nous regardons la hauteur des marées à un moment donné et traçons des lignes d'égales hauteurs d'eau sur la carte, nous obtiendrons des cercles concentriques avec des centres en deux points (sublunaire et anti-lunaire), dans lesquels la marée est maximale. . Si le plan orbital de la Lune coïncidait avec le plan de l’équateur terrestre, alors ces points se déplaceraient toujours le long de l’équateur et feraient un tour complet par jour (plus précisément, en 24ʰ 50ᵐ 28ˢ). Or, la Lune ne se déplace pas dans ce plan, mais à proximité du plan de l'écliptique, par rapport auquel l'équateur est incliné de 23,5 degrés. Par conséquent, le point sublunaire « marche » également le long de la latitude. Ainsi, dans un même port (c'est-à-dire à la même latitude), la hauteur de la marée maximale, qui se répète toutes les 12,5 heures, change au cours de la journée en fonction de l'orientation de la Lune par rapport à l'équateur terrestre.

Cette « bagatelle » est importante pour la théorie des marées. Regardons encore : la Terre tourne autour de son axe, et le plan de l'orbite lunaire est incliné vers elle. Par conséquent, chaque port maritime « tourne » autour du pôle terrestre pendant la journée, tombant une fois dans la région de la marée la plus haute, et après 12,5 heures - à nouveau dans la région de la marée, mais moins haute. Ceux. deux marées dans la journée ne sont pas équivalentes en hauteur. L'un est toujours plus grand que l'autre, car le plan de l'orbite lunaire ne se trouve pas dans le plan de l'équateur terrestre.

Pour les résidents côtiers, l’effet de marée est vital. Par exemple, en France, il y en a un qui est relié au continent par une route asphaltée aménagée au fond du détroit. De nombreuses personnes vivent sur l'île, mais elles ne peuvent pas emprunter cette route tant que le niveau de la mer est élevé. Cette route ne peut être empruntée que deux fois par jour. Les gens arrivent en voiture et attendent la marée basse, lorsque le niveau de l'eau baisse et que la route devient accessible. Les gens se rendent au travail sur la côte et en reviennent en utilisant une table des marées spéciale publiée pour chaque établissement côtier. Si ce phénomène n’est pas pris en compte, l’eau peut submerger un piéton en cours de route. Les touristes viennent simplement s’y promener pour observer le fond de la mer lorsqu’il n’y a pas d’eau. Et les résidents locaux récupèrent quelque chose au fond, parfois même pour se nourrir, c'est-à-dire en substance, cet effet nourrit les gens.

La vie est sortie de l’océan grâce au flux et au reflux des marées. À cause de la marée basse, certains animaux côtiers se sont retrouvés sur le sable et ont été contraints d'apprendre à respirer l'oxygène directement de l'atmosphère. S'il n'y avait pas de Lune, alors la vie ne serait peut-être pas sortie de l'océan aussi activement, car elle y est bonne à tous égards - un environnement thermostatique, l'apesanteur. Mais si vous vous retrouviez soudainement sur le rivage, vous deviez survivre d'une manière ou d'une autre.

La côte, surtout si elle est plate, est fortement exposée à marée basse. Et pendant un certain temps, les gens perdent la possibilité d'utiliser leur embarcation, restant impuissants comme des baleines sur le rivage. Mais il y a quelque chose d'utile là-dedans, car la période de marée basse peut être utilisée pour réparer les navires, notamment dans certaines baies : les navires ont navigué, puis l'eau s'est retirée, et ils peuvent être réparés à ce moment-là.

Par exemple, il y a la baie de Fundy, sur la côte est du Canada, qui est réputée pour avoir les marées les plus hautes du monde : la baisse du niveau de l'eau peut atteindre 16 mètres, ce qui est considéré comme un record pour une marée marine sur Terre. Les marins se sont adaptés à cette propriété : à marée haute, ils amènent le navire au rivage, le renforcent, et lorsque l'eau s'éloigne, le navire pend et le fond peut être calfeutré.

Les gens ont depuis longtemps commencé à surveiller et à enregistrer régulièrement les moments et les caractéristiques des marées hautes afin d'apprendre à prédire ce phénomène. Bientôt inventé marégraphe- un dispositif dans lequel un flotteur monte et descend en fonction du niveau de la mer, et les relevés sont automatiquement dessinés sur papier sous forme de graphique. D’ailleurs, les moyens de mesure n’ont pratiquement pas changé depuis les premières observations jusqu’à nos jours.

Sur la base d'un grand nombre d'enregistrements hydrographiques, les mathématiciens tentent de créer une théorie des marées. Si vous disposez d'un enregistrement à long terme d'un processus périodique, vous pouvez le décomposer en harmoniques élémentaires - des sinusoïdes de différentes amplitudes avec plusieurs périodes. Et puis, après avoir déterminé les paramètres des harmoniques, étendre la courbe totale dans le futur et réaliser des tables de marée sur cette base. Désormais, de tels tableaux sont publiés pour chaque port de la Terre, et tout capitaine sur le point d'entrer dans un port prend un tableau pour lui et regarde quand le niveau d'eau sera suffisant pour son navire.

L'histoire la plus célèbre liée aux calculs prédictifs s'est déroulée pendant la Seconde Guerre mondiale : en 1944, nos alliés - les Britanniques et les Américains - allaient ouvrir un deuxième front contre l'Allemagne nazie, pour cela il fallait débarquer sur les côtes françaises. La côte nord de la France est très désagréable à cet égard : la côte est escarpée, haute de 25 à 30 mètres, et le fond océanique est assez peu profond, de sorte que les navires ne peuvent s'approcher de la côte qu'aux heures de marée maximale. S'ils s'échouaient, ils seraient simplement abattus par des canons. Pour éviter cela, un ordinateur mécanique spécial (il n'y en avait pas encore d'électronique) a été créé. Elle a effectué une analyse de Fourier des séries chronologiques du niveau de la mer à l'aide de tambours tournant à leur propre vitesse, à travers lesquels passait un câble métallique, qui résumait tous les termes de la série de Fourier, et une plume connectée au câble traçait un graphique de la hauteur de la marée en fonction de la hauteur de la marée. temps. Il s'agissait d'un travail top secret qui a considérablement fait progresser la théorie des marées, car il était possible de prédire avec suffisamment de précision le moment de la marée la plus haute, grâce auquel de lourds navires de transport militaire traversaient la Manche à la nage et débarquaient des troupes à terre. C’est ainsi que les mathématiciens et les géophysiciens ont sauvé la vie de nombreuses personnes.

Certains mathématiciens tentent de généraliser les données à l'échelle planétaire, en essayant de créer une théorie unifiée des marées, mais il est difficile de comparer les enregistrements effectués à différents endroits en raison de l'irrégularité de la Terre. Ce n'est qu'à l'approximation zéro qu'un seul océan couvre toute la surface de la planète, mais en réalité il existe des continents et plusieurs océans faiblement connectés, et chaque océan a sa propre fréquence d'oscillations naturelles.

Les discussions précédentes sur les fluctuations du niveau de la mer sous l’influence de la Lune et du Soleil concernaient les espaces océaniques ouverts, où l’accélération des marées varie fortement d’une côte à l’autre. Et dans les plans d'eau locaux - par exemple les lacs - la marée peut-elle créer un effet notable ?

Il semblerait que cela ne devrait pas être le cas, car en tous points du lac, l'accélération des marées est à peu près la même, la différence est faible. Par exemple, au centre de l'Europe se trouve le lac Léman, il ne mesure qu'environ 70 km de long et n'est en aucun cas lié aux océans, mais les gens ont remarqué depuis longtemps qu'il y a des fluctuations quotidiennes importantes de l'eau. Pourquoi apparaissent-ils ?

Oui, la force de marée est extrêmement faible. Mais l'essentiel est que ce soit régulier, c'est-à-dire fonctionne périodiquement. Tous les physiciens connaissent l'effet qui, lorsqu'une force est appliquée périodiquement, provoque parfois une augmentation de l'amplitude des oscillations. Par exemple, vous prenez un bol de soupe à la cafétéria et... Cela signifie que la fréquence de vos pas est en résonance avec les vibrations naturelles du liquide dans l'assiette. En remarquant cela, nous modifions brusquement le rythme de la marche - et la soupe « se calme ». Chaque plan d’eau possède sa propre fréquence de résonance de base. Et plus la taille du réservoir est grande, plus la fréquence des vibrations naturelles du liquide qu'il contient est faible. Ainsi, la fréquence de résonance du lac Léman s’est avérée être un multiple de la fréquence des marées, et une petite influence des marées « perd » le lac Léman, de sorte que le niveau de ses rives change de manière assez sensible. Ces ondes stationnaires de longue période qui se produisent dans des plans d'eau fermés sont appelées seiches.

L'énergie marémotrice

Aujourd’hui, ils tentent de relier l’une des sources d’énergie alternatives à l’effet de marée. Comme je l’ai dit, le principal effet des marées n’est pas que l’eau monte et descend. L'effet principal est un courant de marée qui déplace l'eau autour de la planète entière en une journée.

Dans les endroits peu profonds, cet effet est très important. Dans la zone néo-zélandaise, les capitaines ne prennent même pas le risque de guider les navires dans certains détroits. Les voiliers n'ont jamais pu y passer, et même les navires modernes ont du mal à y passer, car le fond est peu profond et les courants de marée ont une vitesse énorme.

Mais comme l’eau coule, cette énergie cinétique peut être utilisée. Et des centrales électriques ont déjà été construites, dans lesquelles les turbines tournent d'avant en arrière en raison des courants de marée. Ils sont assez fonctionnels. La première centrale marémotrice (TPP) a été réalisée en France, elle est toujours la plus grande au monde, avec une capacité de 240 MW. Comparée à une centrale hydroélectrique, ce n’est certes pas si génial, mais elle dessert les zones rurales les plus proches.

Plus le pôle est proche, plus la vitesse du raz de marée est faible, donc en Russie il n'y a pas de côtes qui auraient des marées très puissantes. En général, nous avons peu de débouchés sur la mer et la côte de l’océan Arctique n’est pas particulièrement rentable pour l’utilisation de l’énergie marémotrice, notamment parce que la marée pousse l’eau d’est en ouest. Mais il existe encore des endroits propices au PSE, par exemple Kislaya Bay.

Le fait est que dans les baies, la marée crée toujours un effet plus important : la vague monte, s'engouffre dans la baie, et elle se rétrécit, se rétrécit - et l'amplitude augmente. Un processus similaire se produit comme si un fouet claquait : d'abord, l'onde longue se déplace lentement le long du fouet, mais ensuite la masse de la partie du fouet impliquée dans le mouvement diminue, donc la vitesse augmente (impulsion mv est préservé !) et atteint le supersonique à l'extrémité étroite, ce qui fait entendre un clic.

En créant le TPP expérimental de faible puissance de Kislogubskaya, les ingénieurs électriciens ont tenté de comprendre avec quelle efficacité les marées aux latitudes circumpolaires peuvent être utilisées pour produire de l'électricité. Cela n’a pas beaucoup de sens économiquement. Cependant, il existe désormais un projet de TPP russe très puissant (Mezenskaya) – de 8 gigawatts. Pour atteindre cette puissance colossale, il est nécessaire de bloquer par un barrage une grande baie séparant la mer Blanche de la mer de Barents. Il est vrai qu’il est très peu probable que cela se produise tant que nous aurons du pétrole et du gaz.

Le passé et le futur des marées

Au fait, d’où vient l’énergie marémotrice ? La turbine tourne, de l’électricité est générée et quel objet perd de l’énergie ?

Puisque la source de l’énergie marémotrice est la rotation de la Terre, si on en puise, cela signifie que la rotation doit ralentir. Il semblerait que la Terre dispose de sources d'énergie internes (la chaleur des profondeurs provient de processus géochimiques et de la désintégration d'éléments radioactifs), et qu'il existe de quoi compenser la perte d'énergie cinétique. C'est vrai, mais le flux d'énergie, qui se propage en moyenne presque uniformément dans toutes les directions, peut difficilement affecter de manière significative le moment cinétique et modifier la rotation.

Si la Terre ne tournait pas, les bosses de marée pointeraient exactement dans la direction de la Lune et dans la direction opposée. Mais, à mesure qu'il tourne, le corps terrestre les entraîne dans le sens de sa rotation - et une divergence constante de 3 à 4 degrés entre le pic de marée et le point sublunaire apparaît. A quoi cela conduit-il ? La bosse la plus proche de la Lune y est plus fortement attirée. Cette force gravitationnelle a tendance à ralentir la rotation de la Terre. Et la bosse opposée est plus éloignée de la Lune, elle essaie d'accélérer la rotation, mais est attirée plus faiblement, donc le moment de force résultant a un effet de freinage sur la rotation de la Terre.

Ainsi, notre planète diminue constamment sa vitesse de rotation (mais pas tout à fait régulièrement, par sauts, ce qui est dû aux particularités du transfert de masse dans les océans et l'atmosphère). Quel effet les marées terrestres ont-elles sur la Lune ? Le renflement proche de la marée entraîne la Lune avec lui, tandis que le renflement lointain, au contraire, la ralentit. La première force est plus grande, ce qui entraîne une accélération de la Lune. Maintenant, souvenez-vous de la leçon précédente, qu'arrive-t-il à un satellite qui est poussé de force vers l'avant ? À mesure que son énergie augmente, il s’éloigne de la planète et sa vitesse angulaire diminue car le rayon orbital augmente. À propos, une augmentation de la période de révolution de la Lune autour de la Terre a été remarquée à l'époque de Newton.

En chiffres, la Lune s’éloigne de nous d’environ 3,5 cm par an et la durée du jour terrestre augmente d’un centième de seconde tous les cent ans. Cela semble absurde, mais rappelez-vous que la Terre existe depuis des milliards d’années. Il est facile de calculer qu’à l’époque des dinosaures, une journée durait environ 18 heures (les heures actuelles, bien sûr).

À mesure que la Lune s’éloigne, les forces de marée diminuent. Mais elle s'éloignait toujours, et si nous regardons dans le passé, nous verrons qu'avant, la Lune était plus proche de la Terre, ce qui signifiait que les marées étaient plus hautes. Vous comprendrez par exemple qu'à l'époque archéenne, il y a 3 milliards d'années, les marées atteignaient des kilomètres de hauteur.

Phénomènes de marée sur d'autres planètes

Bien entendu, les mêmes phénomènes se produisent dans les systèmes d’autres planètes dotées de satellites. Jupiter, par exemple, est une planète très massive avec un grand nombre de satellites. Ses quatre plus gros satellites (on les appelle Galiléens parce que Galilée les a découverts) sont influencés de manière assez significative par Jupiter. Le plus proche d'entre eux, Io, est entièrement recouvert de volcans, parmi lesquels il y en a plus de cinquante actifs, et ils émettent de la matière « supplémentaire » à 250-300 km d'altitude. Cette découverte était assez inattendue : il n'y a pas de volcans aussi puissants sur Terre, mais voici un petit corps de la taille de la Lune, qui aurait dû se refroidir depuis longtemps, mais qui au contraire éclate de chaleur dans toutes les directions. Où est la source de cette énergie ?

L'activité volcanique de Io n'a pas surpris tout le monde : six mois avant que la première sonde ne s'approche de Jupiter, deux géophysiciens américains ont publié un article dans lequel ils calculaient l'influence des marées de Jupiter sur cette lune. Il s’est avéré si grand qu’il pourrait déformer le corps du satellite. Et lors de la déformation, de la chaleur est toujours dégagée. Lorsque nous prenons un morceau de pâte à modeler froide et commençons à le pétrir dans nos mains, après plusieurs compressions, il devient mou et souple. Cela ne se produit pas parce que la main l'a chauffé avec sa chaleur (la même chose se produira si vous l'écrasez dans un étau froid), mais parce que la déformation y a introduit de l'énergie mécanique, qui a été convertie en énergie thermique.

Mais pourquoi diable la forme du satellite change-t-elle sous l’influence des marées de Jupiter ? Il semblerait que, se déplaçant sur une orbite circulaire et tournant de manière synchrone, comme notre Lune, elle est devenue autrefois un ellipsoïde - et il n'y a aucune raison pour des distorsions ultérieures de la forme ? Cependant, il existe également d’autres satellites à proximité d’Io ; tous provoquent un léger déplacement de son orbite (Io) d'avant en arrière : soit elle s'approche de Jupiter, soit elle s'en éloigne. Cela signifie que l’influence des marées s’affaiblit ou s’intensifie et que la forme du corps change constamment. D'ailleurs, je n'ai pas encore parlé des marées dans le corps solide de la Terre : bien sûr, elles existent aussi, elles ne sont pas si hautes, de l'ordre du décimètre. Si vous restez assis à votre place pendant six heures, alors, grâce aux marées, vous « marcherez » d'une vingtaine de centimètres par rapport au centre de la Terre. Cette vibration est bien entendu imperceptible pour l’homme, mais les instruments géophysiques l’enregistrent.

Contrairement à la Terre solide, la surface de Io fluctue avec une amplitude de plusieurs kilomètres au cours de chaque période orbitale. Une grande quantité d’énergie de déformation est dissipée sous forme de chaleur et réchauffe le sous-sol. À propos, les cratères de météorites n'y sont pas visibles, car les volcans bombardent constamment toute la surface avec de la matière fraîche. Dès qu'un cratère d'impact se forme, cent ans plus tard, il se recouvre de produits d'éruptions de volcans voisins. Ils fonctionnent en continu et avec une grande puissance, et à cela s’ajoutent des fractures dans la croûte terrestre, à travers lesquelles s’écoule une fonte de divers minéraux, principalement du soufre, provenant des profondeurs. À des températures élevées, il s'assombrit, de sorte que le ruisseau provenant du cratère semble noir. Et le bord lumineux du volcan est la substance refroidie qui tombe autour du volcan. Sur notre planète, la matière éjectée d'un volcan est généralement décélérée par l'air et tombe près de l'évent, formant un cône, mais sur Io, il n'y a pas d'atmosphère et elle vole le long d'une trajectoire balistique loin dans toutes les directions. C’est peut-être un exemple de l’effet de marée le plus puissant du système solaire.

Le deuxième satellite de Jupiter, Europe, ressemble tout à fait à notre Antarctique, il est recouvert d'une croûte de glace continue, fissurée à certains endroits, car quelque chose le déforme constamment aussi. Comme ce satellite est plus éloigné de Jupiter, l’effet de marée n’est pas si fort ici, mais reste néanmoins assez perceptible. Sous cette croûte glacée se trouve un océan liquide : les photographies montrent des fontaines jaillissant de certaines fissures ouvertes. Sous l’influence des forces de marée, l’océan fait rage et les champs de glace flottent et entrent en collision à sa surface, un peu comme c’est le cas dans l’océan Arctique et au large des côtes de l’Antarctique. La conductivité électrique mesurée du fluide océanique d'Europe indique qu'il s'agit d'eau salée. Pourquoi n'y aurait-il pas de vie là-bas ? Il serait tentant de plonger un appareil dans l’une des fissures et de voir qui y habite.

En fait, toutes les planètes ne parviennent pas à joindre les deux bouts. Par exemple, Encelade, une lune de Saturne, possède également une croûte glacée et un océan en dessous. Mais les calculs montrent que l’énergie marémotrice n’est pas suffisante pour maintenir l’océan sous-glaciaire à l’état liquide. Bien sûr, en plus des marées, tout corps céleste dispose d'autres sources d'énergie - par exemple des éléments radioactifs en décomposition (uranium, thorium, potassium), mais sur les petites planètes, ils peuvent difficilement jouer un rôle important. Cela signifie qu’il y a quelque chose que nous ne comprenons pas encore.

L'effet de marée est extrêmement important pour les étoiles. Pourquoi - nous en parlerons davantage dans la prochaine conférence.

Il y a deux ans, j'étais en vacances sur la côte de l'océan Indien, sur la magnifique île de Ceylan. Mon petit hôtel n’était qu’à 50 mètres de l’océan. Chaque jour, j'observais de mes propres yeux tous les mouvements puissants et la vie turbulente de l'océan. Un matin, je me tenais sur le rivage, regardant les vagues et réfléchissant à ce qui donne de la force à une vibration si puissante de l'océan, à ses flux et reflux quotidiens.

Qu'est-ce qui donne le pouvoir au flux et au reflux

La gravité affecte également le mouvement de tous les objets. Mais si la gravité provoque les marées dans les océans et que l’eau provoque l’eau en Afrique, alors pourquoi n’y a-t-il pas de marées dans les lacs ? Hmm, et si nous supposions que tout ce que nous savons est faux. De nombreuses personnes intelligentes du monde scientifique l’expliquent ainsi. La gravité terrestre au point A est plus faible qu'au point B. L'effet net de la gravité terrestre étire l'océan. Après quoi il gonfle des côtés opposés.

Oui, effectivement les faits sont réels et il existe une différence dans la gravité de la Lune aux points A et B.

Le malentendu réside dans l’explication des renflements. Peut-être qu’ils n’apparaissent pas en raison de différences d’attraction. Mais les raisons sont moins évidentes et confuses. Il s'agit davantage de la pression cumulée à différents endroits de la colonne d'eau. Et la Lune transforme la Terre en une pompe hydraulique à l'échelle planétaire, et l'eau gonfle en se pressant vers le centre. Par conséquent, le moindre impact suffit pour que le mouvement des vagues commence.

Un peu plus sur les marées

Mais j'aimerais comprendre pourquoi ils ne sont pas dans une autre accumulation d'eau :

dans le corps humain (il est composé à 80 % d’eau) ;
dans un bain rempli ;
dans les lacs;
dans des tasses de café, etc.

Très probablement en raison d'une pression plus faible que dans l'océan et d'un système hydraulique médiocre. Contrairement à l’océan, ce sont toutes de petites accumulations d’eau. La superficie du lac, de la coupe et du reste n'est pas suffisante pour que la pression minimale exercée sur celui-ci modifie le niveau de l'eau, créant des vagues.

Les grands lacs peuvent créer une pression pour des mini marées. Mais comme les vents et les éclaboussures créent de grandes ondulations, nous ne les remarquons tout simplement pas. Les marées se forment partout, elles sont tout simplement très microscopiques.

Flux et reflux

Marée Et marée basse- les fluctuations verticales périodiques du niveau de l'océan ou de la mer, résultant de changements dans les positions de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre, couplées aux effets de la rotation de la Terre et des caractéristiques d'un relief donné et se manifestant par des fluctuations périodiques. horizontal déplacement des masses d'eau. Les marées provoquent des changements dans la hauteur du niveau de la mer, ainsi que des courants périodiques appelés courants de marée, ce qui rend la prévision des marées importante pour la navigation côtière.

L'intensité de ces phénomènes dépend de nombreux facteurs, mais le plus important d'entre eux est le degré de connexion des masses d'eau avec l'océan mondial. Plus le plan d'eau est fermé, moins le degré de manifestation des phénomènes de marée est faible.

Le cycle de marée répété annuellement reste inchangé grâce à la compensation précise des forces d'attraction entre le Soleil et le centre de masse du couple planétaire et des forces d'inertie appliquées à ce centre.

À mesure que la position de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre change périodiquement, l'intensité des phénomènes de marée qui en résultent change également.

Marée basse à Saint-Malo

Histoire

Les marées basses ont joué un rôle important dans l’approvisionnement en fruits de mer des populations côtières, permettant de collecter des aliments comestibles sur les fonds marins exposés.

Terminologie

Étages d'eau (Bretagne, France)

Le niveau maximum de la surface de l’eau à marée haute est appelé plein d'eau, et le minimum à marée basse est niveau d'eau bas. Dans l'océan, où le fond est plat et la terre est lointaine, plein d'eau se manifeste par deux « houles » de la surface de l’eau : l’une d’elles est située du côté de la Lune et l’autre est à l’extrémité opposée du globe. Il peut également y avoir deux renflements plus petits du côté dirigé vers le Soleil et opposé à lui. Une explication de cet effet peut être trouvée ci-dessous dans la section physique des marées.

Puisque la Lune et le Soleil se déplacent par rapport à la Terre, les bosses d'eau se déplacent également avec eux, formant raz de marée Et courants de marée. En haute mer, les courants de marée ont un caractère de rotation et, près de la côte et dans les baies et détroits étroits, ils sont alternatifs.

Si la Terre entière était recouverte d’eau, nous connaîtrions chaque jour deux marées hautes et basses. Mais comme la propagation sans entrave des raz-de-marée est entravée par les zones terrestres : îles et continents, et aussi par l'action de la force de Coriolis sur l'eau en mouvement, au lieu de deux raz-de-marée, il y a de nombreuses petites vagues qui lentement (dans la plupart des cas avec un période de 12 heures 25,2 minutes) courir autour d'un point appelé amphidromique, dans lequel l'amplitude de marée est nulle. La composante dominante de la marée (marée lunaire M2) forme environ une douzaine de points amphidromiques à la surface de l'océan mondial, la vague se déplaçant dans le sens des aiguilles d'une montre et à peu près le même nombre dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (voir carte). Tout cela rend impossible la prévision de l’heure des marées uniquement sur la base des positions de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre. Au lieu de cela, ils utilisent un « annuaire des marées » – un guide de référence pour calculer l’heure du début des marées et leurs hauteurs en divers points du globe. Des tables de marées sont également utilisées, avec des données sur les moments et les hauteurs des basses et hautes eaux, calculées un an à l'avance pour principaux ports de marée.

Composante de marée M2

Si nous connectons des points sur la carte avec les mêmes phases de marée, nous obtenons ce qu'on appelle lignes cotidales, divergeant radialement du point amphidromique. Généralement, les lignes cotidales caractérisent la position de la crête du raz-de-marée pour chaque heure. En effet, les lignes cotidales reflètent la vitesse de propagation d'un raz-de-marée en 1 heure. Les cartes qui montrent des lignes d'amplitudes et de phases égales des raz de marée sont appelées cartes cotidales.

Hauteur de la marée- la différence entre le niveau d'eau le plus haut à marée haute (hautes eaux) et son niveau le plus bas à marée basse (basses eaux). La hauteur de la marée n'est pas une valeur constante, mais sa moyenne est donnée lors de la caractérisation de chaque tronçon de côte.

Selon la position relative de la Lune et du Soleil, les petits et les grands raz de marée peuvent se renforcer mutuellement. Des noms spéciaux ont été historiquement développés pour de telles marées :

Marée en quadrature- la marée la plus basse, lorsque les forces de marée de la Lune et du Soleil agissent à angle droit l'une par rapport à l'autre (cette position des luminaires est appelée quadrature).
Marée de vive eau- la marée la plus haute, lorsque les forces de marée de la Lune et du Soleil agissent dans la même direction (cette position des luminaires est appelée syzygie).

Plus la marée est basse ou haute, plus le reflux est bas ou haut.

Les plus hautes marées du monde

Peut être observé dans la baie de Fundy (15,6-18 m), située sur la côte est du Canada entre le Nouveau-Brunswick et la Nouvelle-Écosse.

Sur le continent européen, les marées les plus hautes (jusqu'à 13,5 m) sont observées en Bretagne près de la ville de Saint-Malo. Ici, le raz de marée est focalisé sur le littoral des presqu'îles de Cornouailles (Angleterre) et du Cotentin (France).

Physique de la marée

Formulation moderne

Par rapport à la planète Terre, la cause des marées est la présence de la planète dans le champ gravitationnel créé par le Soleil et la Lune. Les effets qu’ils créent étant indépendants, l’impact de ces corps célestes sur Terre peut être considéré séparément. Dans ce cas, pour chaque paire de corps on peut supposer que chacun d’eux tourne autour d’un centre de gravité commun. Pour le couple Terre-Soleil, ce centre est situé au plus profond du Soleil à une distance de 451 km de son centre. Pour le couple Terre-Lune, il est situé en profondeur dans la Terre à une distance de 2/3 de son rayon.

Chacun de ces corps subit des forces de marée dont la source est la force de gravité et des forces internes qui assurent l'intégrité du corps céleste, dans le rôle desquelles est la force de sa propre attraction, ci-après appelée autogravité. L’émergence des forces de marée est plus clairement visible dans le système Terre-Soleil.

La force de marée est le résultat de l'interaction concurrente de la force gravitationnelle, dirigée vers le centre de gravité et décroissante en proportion inverse du carré de la distance à celui-ci, et de la force centrifuge fictive d'inertie provoquée par la rotation du corps céleste. autour de ce centre. Ces forces, étant de direction opposée, coïncident en ampleur uniquement au centre de masse de chacun des corps célestes. Grâce à l'action des forces internes, la Terre tourne autour du centre du Soleil dans son ensemble avec une vitesse angulaire constante pour chaque élément de sa masse constitutive. Ainsi, à mesure que cet élément de masse s’éloigne du centre de gravité, la force centrifuge agissant sur lui augmente proportionnellement au carré de la distance. Une distribution plus détaillée des forces de marée dans leur projection sur un plan perpendiculaire au plan de l'écliptique est représentée sur la figure 1.

Fig. 1 Schéma de la répartition des forces de marée en projection sur un plan perpendiculaire à l'Écliptique. Le corps gravitationnel est soit à droite, soit à gauche.

La reproduction des changements de forme des corps qui y sont exposés, obtenus sous l'action des forces de marée, ne peut, conformément au paradigme newtonien, être obtenue que si ces forces sont complètement compensées par d'autres forces, qui peuvent inclure la force de gravité universelle.

Fig. 2 Déformation de la coquille d'eau de la Terre résultant de l'équilibre entre la force de marée, la force d'autogravitation et la force de réaction de l'eau à la force de compression

À la suite de l'addition de ces forces, les forces de marée apparaissent symétriquement des deux côtés du globe, dirigées dans des directions différentes de celui-ci. La force de marée dirigée vers le Soleil est de nature gravitationnelle, tandis que la force dirigée vers le Soleil est une conséquence de la force fictive d'inertie.

Ces forces sont extrêmement faibles et ne peuvent être comparées aux forces d’autogravité (l’accélération qu’elles créent est 10 millions de fois inférieure à l’accélération de la gravité). Cependant, ils provoquent un déplacement des particules d'eau de l'océan mondial (la résistance au cisaillement dans l'eau à basse vitesse est pratiquement nulle, tandis qu'à la compression elle est extrêmement élevée), jusqu'à ce que la tangente à la surface de l'eau devienne perpendiculaire à la force résultante.

En conséquence, une vague apparaît à la surface des océans du monde, occupant une position constante dans des systèmes de corps gravitant mutuellement, mais courant le long de la surface de l'océan parallèlement au mouvement quotidien de ses fonds et de ses rives. Ainsi (en ignorant les courants océaniques), chaque particule d’eau subit un mouvement oscillatoire de haut en bas deux fois au cours de la journée.

Le mouvement horizontal de l'eau n'est observé qu'à proximité de la côte en raison d'une élévation de son niveau. Plus le fond marin est peu profond, plus la vitesse de déplacement est grande.

Potentiel de marée

(concept d'acad. Chouleikina)

En négligeant la taille, la structure et la forme de la Lune, nous notons la force gravitationnelle spécifique du corps d'essai situé sur Terre. Soit le rayon vecteur dirigé du corps d'essai vers la Lune, et soit la longueur de ce vecteur. Dans ce cas, la force d'attraction de ce corps par la Lune sera égale à

où est la constante gravitationnelle sélénométrique. Plaçons le corps de test au point . La force d'attraction d'un corps d'essai placé au centre de masse de la Terre sera égale à

Ici, et fait référence au rayon vecteur reliant les centres de masse de la Terre et de la Lune, et à leurs valeurs absolues. Nous appellerons force de marée la différence entre ces deux forces gravitationnelles.

Dans les formules (1) et (2), la Lune est considérée comme une boule avec une distribution de masse à symétrie sphérique. La fonction force d'attraction d'un corps d'essai par la Lune n'est pas différente de la fonction force d'attraction d'une balle et est égale à. La deuxième force est appliquée au centre de masse de la Terre et est une valeur strictement constante. Pour obtenir la fonction force de cette force, nous introduisons un système de coordonnées temporelles. Traçons l'axe du centre de la Terre et dirigeons-le vers la Lune. Les directions des deux autres axes resteront arbitraires. Alors la fonction force de la force sera égale à . Potentiel de marée sera égal à la différence de ces deux fonctions de force. On le note , on obtient La constante est déterminée à partir de la condition de normalisation, selon laquelle le potentiel de marée au centre de la Terre est égal à zéro. Au centre de la Terre, cela suit. Par conséquent, nous obtenons la formule finale du potentiel de marée sous la forme (4)

Parce que le

Pour les petites valeurs de , , la dernière expression peut être représentée sous la forme suivante

En remplaçant (5) dans (4), on obtient

Déformation de la surface de la planète sous l'influence des marées

L'influence perturbatrice du potentiel de marée déforme la surface nivelée de la planète. Évaluons cet impact en supposant que la Terre est une boule avec une distribution de masse à symétrie sphérique. Le potentiel gravitationnel non perturbé de la Terre à la surface sera égal à . Pour le point. , situé à distance du centre de la sphère, le potentiel gravitationnel de la Terre est égal à . En réduisant par la constante gravitationnelle, nous obtenons . Ici, les variables sont et . Notons le rapport des masses du corps gravitationnel à la masse de la planète par une lettre grecque et résolvons l'expression résultante pour :

Puisqu’avec le même degré de précision on obtient

Compte tenu de la petitesse du rapport, les dernières expressions peuvent s’écrire comme suit

Nous avons ainsi obtenu l'équation d'un ellipsoïde biaxial, dont l'axe de rotation coïncide avec l'axe, c'est-à-dire avec la droite reliant le corps gravitant au centre de la Terre. Les demi-axes de cet ellipsoïde sont évidemment égaux

A la fin, nous donnons une petite illustration numérique de cet effet. Calculons la bosse de marée sur Terre provoquée par l'attraction de la Lune. Le rayon de la Terre est de km, la distance entre les centres de la Terre et de la Lune, compte tenu de l'instabilité de l'orbite lunaire, est de km, le rapport entre la masse de la Terre et la masse de la Lune est de 81 : 1. Évidemment, en remplaçant dans la formule, on obtient une valeur approximativement égale à 36 cm.

voir également

Remarques

Littérature

Frisch S.A. et Timoreva A.V. Cours de physique générale, Manuel pour les facultés de physique-mathématiques et de physique-technique des universités d'État, Volume I. M. : GITTL, 1957
Chchuleykin V.V. Physique de la mer. M. : Maison d'édition "Science", Département des Sciences de la Terre de l'Académie des Sciences de l'URSS 1967
Voight S.S. Que sont les marées ? Comité de rédaction de la littérature scientifique populaire de l'Académie des sciences de l'URSS

Liens

WXTide32 est un programme gratuit de table des marées

Lune
Particularités

Les phases de la lune sont différentes et ce n’est pas vraiment la raison pour laquelle tout est lié. Les flux et reflux sont un phénomène de fréquence quotidienne. Les phases lunaires sont un phénomène dont la fréquence est de 29,5 jours par mois lunaire.

Les phases de la Lune correspondent à la façon dont l’ombre de la Terre éclairée par le Soleil est projetée sur la Lune. La Lune tourne autour de la Terre, la position relative de la Lune, de la Terre et du Soleil change, et l'ombre sur la Lune depuis la Terre change également.

Imaginez deux balles. Ils sont reliés par une tige. Une grosse boule tourne autour de son axe. Et cette petite boule qui à l’autre extrémité de la barre tourne autour de la grosse boule. La barre est une image de la force d’attraction entre la Terre et la Lune. A l'endroit où est fixée la tige, des perturbations de marée se produisent.

Si la Terre ne tournait PAS autour de son axe, alors la bosse de marée suivrait la surface de la Terre derrière la Lune, qui tourne autour de la Terre avec une période d'environ 27 jours (pourquoi pas 29,5 - une question distincte - recherchez sur Google la différence entre un sidéral et mois synodique).

Mais nous avons aussi la rotation de la Terre autour de son axe.

C'est-à-dire revenir à l'image de la bielle. Dans le cas de la Terre et de la Lune, la tige est fixée rigidement sur la Lune, c'est-à-dire que la Lune fait face à la Terre d'un côté (elle ne « balance » qu'un peu), mais sur la Terre la tige n'est pas fixée, mais se déplace le long de la surface. La Terre tourne autour de son axe avec une période de 24 heures.

Ceux. La bosse de marée ne fonctionne plus avec une période de ~27 jours, mais avec une période de 24 heures.

Mais il faut clarifier. En fait, le flux et le reflux des marées ne s’expliquent que par simplicité par la Lune seule, mais en fait :

En outre, l'une des raisons de l'apparition de flux et reflux est la rotation quotidienne (correcte) de la Terre. Les masses d'eau des océans du monde, ayant la forme d'un ellipsoïde dont le grand axe ne coïncide pas avec l'axe de rotation de la Terre, participent à sa rotation autour de cet axe. Cela conduit au fait que dans le cadre de référence associé à la surface de la Terre, deux vagues traversent l'océan sur des côtés opposés du globe, conduisant à chaque point de la côte océanique à des événements périodiques et biquotidiens de marée basse, en alternance avec les marées hautes.

Le plus intéressant, faites attention (dernière phrase), dans un hémisphère il y a une marée et dans l'hémisphère opposé il y a aussi une marée. Ceux. la coquille d'eau ressemble à un ellipsoïde et non à une poire.

Au fil du temps, nous avons formé une double question dans laquelle vous pourrez en savoir plus sur la façon dont un ellipsoïde est obtenu au lieu d'une poire. Voir les commentaires sur la réponse.

Il est également important de parler de l'influence du soleil sur les marées en prenant l'exemple des marées de vive-eau et de quadrature. Parfois, le soleil, la lune et la terre s'alignent sur une seule ligne (la terre<--луна<--солнце) и силы притяжения солнца и луны - складываются, соответственно самые сильные приливы - сизигийные. Они происходят во время новолуния и полнолуния. Квадратурные приливы - самые слабые,когда силы тяготения луны и солнца находятся под прямым углом и частично нейтрализуют друг друга. Они происходят, когда луна находится в фазе первой четверти и последней четверти. Также можно почитать о приливах здесь astro-site.narod.ru/zemlimsiz.html

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Commentaire

Les flux et reflux sont appelés augmentations et diminutions périodiques des niveaux d’eau dans les océans et les mers.

Deux fois par jour, avec un intervalle d'environ 12 heures et 25 minutes, l'eau près du rivage de l'océan ou de la haute mer monte et, s'il n'y a pas d'obstacles, inonde parfois de grands espaces - c'est la marée. Ensuite, l'eau baisse et recule, exposant le fond : c'est la marée basse. Pourquoi cela arrive-t-il? Même les peuples anciens y ont pensé et ont remarqué que ces phénomènes sont associés à la Lune. I. Newton a été le premier à souligner la raison principale du flux et du reflux des marées - c'est l'attraction de la Terre par la Lune, ou plutôt la différence entre l'attraction de la Lune sur la Terre entière dans son ensemble et sa coquille d'eau.

Explication du flux et du reflux des marées par la théorie de Newton

L'attraction de la Terre par la Lune consiste en l'attraction de particules individuelles de la Terre par la Lune. Les particules actuellement plus proches de la Lune sont attirées plus fortement par celle-ci, tandis que les particules plus éloignées le sont moins. Si la Terre était absolument solide, cette différence de force de gravité ne jouerait aucun rôle. Mais la Terre n'est pas un corps absolument solide, donc la différence entre les forces d'attraction des particules situées près de la surface de la Terre et près de son centre (cette différence est appelée force de marée) déplace les particules les unes par rapport aux autres, et la Terre , principalement sa coquille d'eau, est déformée.

En conséquence, du côté face à la Lune et du côté opposé, l’eau monte, formant des crêtes de marée, et l’excès d’eau s’y accumule. Pour cette raison, le niveau d'eau dans d'autres points opposés de la Terre diminue à ce moment-là - la marée basse se produit ici.

Si la Terre ne tournait pas et que la Lune restait immobile, alors la Terre et sa coquille aqueuse conserveraient toujours la même forme allongée. Mais la Terre tourne et la Lune se déplace autour de la Terre en 24 heures 50 minutes environ. Au cours de la même période, les pics de marée suivent la Lune et se déplacent le long de la surface des océans et des mers d'est en ouest. Puisqu'il existe deux projections de ce type, un raz-de-marée passe sur chaque point de l'océan deux fois par jour avec un intervalle d'environ 12 heures et 25 minutes.

Pourquoi la hauteur du raz-de-marée est-elle différente ?

En pleine mer, l'eau monte légèrement au passage d'un raz-de-marée : environ 1 m ou moins, ce qui reste pratiquement inaperçu pour les marins. Mais au large des côtes, même une telle montée du niveau de l’eau est perceptible. Dans les baies et les baies étroites, le niveau de l'eau monte beaucoup plus haut à marée haute, car le rivage empêche le mouvement du raz-de-marée et l'eau s'accumule ici pendant tout le temps entre la marée basse et la marée haute.

La marée la plus haute (environ 18 m) est observée dans l'une des baies de la côte canadienne. En Russie, les marées les plus hautes (13 m) se produisent dans les baies de Gizhiginsk et Penzhinsk de la mer d'Okhotsk. Dans les mers intérieures (par exemple, dans la Baltique ou la Noire), le flux et le reflux des marées sont presque imperceptibles, car les masses d'eau se déplaçant avec le raz de marée océanique n'ont pas le temps de pénétrer dans ces mers. Mais néanmoins, dans chaque mer ou même lac, des raz-de-marée indépendants apparaissent avec une petite masse d'eau. Par exemple, la hauteur des marées dans la mer Noire n'atteint que 10 cm.

Dans la même zone, la hauteur de la marée peut être différente, car la distance entre la Lune et la Terre et la hauteur maximale de la Lune au-dessus de l'horizon changent avec le temps, ce qui entraîne une modification de l'ampleur des forces de marée.

Marées et soleil

Le soleil affecte également les marées. Mais les forces de marée du Soleil sont 2,2 fois inférieures aux forces de marée de la Lune.

Pendant la nouvelle lune et la pleine lune, les forces de marée du Soleil et de la Lune agissent dans la même direction - on obtient alors les marées les plus hautes. Mais pendant les premier et troisième quartiers de la Lune, les forces de marée du Soleil et de la Lune s'opposent, de sorte que les marées sont plus petites.

Marées dans la coque aérienne de la Terre et dans son corps solide

Les phénomènes de marée se produisent non seulement dans l'eau, mais également dans l'enveloppe aérienne de la Terre. On les appelle marées atmosphériques. Les marées se produisent également dans le corps solide de la Terre, puisque la Terre n’est pas absolument solide. Les fluctuations verticales de la surface terrestre dues aux marées atteignent plusieurs dizaines de centimètres.

Utilisation pratique des marées

Une centrale marémotrice est un type particulier de centrale hydroélectrique qui utilise l'énergie des marées, et en fait l'énergie cinétique de la rotation de la Terre. Les centrales marémotrices sont construites sur les rives des mers, où les forces gravitationnelles de la Lune et du Soleil modifient le niveau de l’eau deux fois par jour. Les fluctuations des niveaux d'eau près du rivage peuvent atteindre 18 mètres.

En 1967, une centrale marémotrice est construite en France à l'embouchure de la Rance.