Морские приливы и замедление вращения Земли

Явление приливов и отливов хорошо известно жителям прибрежных районов океанов и открытых морей. Высота приливов в узких заливах достигает 10-15 метров, подъём же почвы континентов составляет всего »50 см (но, так как он происходит на большой площади, то люди его не замечают).

Причиной приливов с давних пор считали Луну. Она притягивает воду океана и поэтому в нём (на линии, соединяющей центры Земли и Луны) образуется водяной ²горб². Вследствие различия угловых скоростей вращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг своей оси, ²горб² перемещается по поверхности Земли. Наступая на берег, поднимающаяся вода вызывает приливы, а отступая – отливы. Такая теория проста и естественна, но не подтверждается наблюдениями. В действительности приливы наблюдаются в данной точке побережья не один раз в сутки, а с периодом в 12 часов 25 минут. Отличие этого периода от 12 часов объясняется тем, что период вращения Луны вокруг Земли равен 27 суток, поэтому Луна появляется над данной точкой Земли каждые сутки на 50 минут позже.

Первую теорию приливов создал Ньютон вскоре после открытия им ЗВТ. Для этого, он использовал понятие силы инерции. Дело в том, что Земля вращается не только вокруг свой оси и вокруг Солнца, но и …вокруг центра масс системы «Земля-Луна». Учёт именно этого вращения и позволил Ньютону построить правильную теорию приливов. Представьте себе двух людей разного веса кружащихся в быстром вальсе, держась за вытянутые руки партнёра. Каждый из танцоров при этом движется по окружности своего радиуса, но с общим центром, совпадающим с их общим центром масс. Более массивный партнёр вращается по окружности малого радиуса, но он не неподвижен! Точно также Земля и Луна, притягиваясь друг к другу по закону всемирного тяготения, вращаются в пространстве вокруг общего центра масс С. Вследствие большой массы Земли этот центр находится внутри земного шара, но он смещён от центра Земли О на 5000 км. Угловые же скорости вращения Земли и Луны вокруг точки С одинаковы.

Перейдём в систему отсчёта, вращающуюся с угловой скоростью . В этой системе на каждый элемент массы Земли действует не только сила тяготения со стороны Луны, но и центробежная сила, которая тем больше, чем дальше отстоит элемент от центра вращения С. У поверхности, обращённой к Луне, сила притяжения со стороны Луны и центробежная сила направлены от центра Земли; в результате образуется водяной горб А. На противоположной же стороне Земли сила инерции и сила притяжения к Луне направлены в противоположные стороны, причём (поскольку больше расстояние до точки С), а сила притяжения к Луне меньше (из-за большего расстояния до центра Луны). Равнодействующая сил и также направлена от центра Земли и обуславливает образование горба В.

Конечно это упрощённое объяснение природы приливов. В действительности, линия, соединяющая “горбы”, несколько повёрнута в сторону вращения Земли относительно линии, соединяющей центры Земли и Луны.

Это происходит по следующей причине. Земля, вращаясь вокруг своей оси, увлекает за собой воду в океане. Поэтому “горбы” смещаются в сторону вращения Земли (см. рис. на след стр.). Но тогда, как видно из рисунка, равнодействующие силы и , приложенные к “горбам”, создают вращающий момент, тормозящий вращение Земли вокруг своей оси, поскольку, при равенстве плеч этих сил, . Длительность суток постоянно увеличивается! Впервые это понял английский физик лорд Кельвин.

²Лунный тормоз² безотказно работает уже многие миллионы лет, и существенно изменил продолжительность земных суток. У окаменевших кораллов, живших в океане около 400 миллионов лет назад, учёные обнаружили ²суточные² и ²годичные² кольца. Когда подсчитали ²суточные² кольца, то окалось, что на каждый год их приходится 395! Поскольку продолжительность земного года с тех пор не изменилась, то это означает, что в те времена в сутках было только 22 часа! Лунный тормоз продолжает работать и сейчас, увеличивая длительность суток. В конце концов, время обращения Земли вокруг свой оси сравняется со временем обращения Луны вокруг Земли, и Земля будет обращена к Луне всегда одной стороной (также как уже сейчас, вследствие земных приливов, Луна всегда обращена к Земле одной стороной).