Contenu
- Newton a expliqué la force de la marée en termes de gravité
- La raison, il y a deux marées hautes par jour
- Effets de l'orbite des lunes
- Le soleil affecte également les marées
- Marées dans le monde réel des bassins océaniques
- Les marées sont également affectées par les phénomènes météorologiques et géologiques
La montée et la chute des marées a un effet profond sur la vie sur la planète Terre. Tant qu'il y a des communautés côtières qui dépendent de la mer pour se nourrir, les gens ont programmé leurs activités de collecte de nourriture pour être en harmonie avec les marées. Pour leur part, les plantes et les animaux marins se sont adaptés au flux cyclique de nombreuses façons ingénieuses.
La gravitation provoque les marées, mais le cycle des marées n'est pas synchronisé avec le mouvement d'un seul corps céleste. Il est facile d’imaginer que les lunes affectent les marées des océans sur Terre, mais c’est plus compliqué que cela. Le soleil affecte aussi les marées.
Même d'autres planètes, telles que Vénus et Jupiter, exercent des influences gravitationnelles ayant un effet minuscule. Mettez toutes ces influences ensemble, cependant, et même elles ne peuvent expliquer le fait que chaque point de la Terre subit deux marées hautes par jour. Cette explication nécessite une appréciation de la manière dont la Terre et la Lune gravitent autour l'une de l'autre.
C’est une idéalisation pour considérer les marées comme le résultat des seules forces gravitationnelles. Les conditions météorologiques sur la Terre, ainsi que la structure de la surface des planètes, influencent également le mouvement de l'eau dans ses bassins océaniques. Les météorologistes doivent tenir compte de tous ces facteurs lors de la prévision des marées pour une localité donnée.
Newton a expliqué la force de la marée en termes de gravité
Lorsque vous pensez à Sir Isaac Newton, vous pouvez imaginer l'image familière du physicien / mathématicien anglais frappé sur la tête par une pomme qui tombe. L'image vous rappelle que Newton, inspiré des travaux de Johannes Kepler, a formulé la loi de la gravitation universelle, qui constitue une avancée majeure dans notre compréhension de l'univers. Il a utilisé cette loi pour expliquer les marées et réfuter Galileo Galilei, qui pensait que les marées étaient uniquement le résultat du mouvement de la Terre autour du soleil.
La loi de gravitation de Newton, dérivée de la troisième loi de Keplers, stipule que le carré d'une période de rotation des planètes est proportionnel au cube de sa distance au soleil. Newton a généralisé cela pour tous les corps de l'univers, pas seulement pour les planètes. La loi stipule que, pour deux corps de masse quelconques m1 et m2, séparés par une distance r, la force gravitationnelle F entre eux est donné par:
F = Gm1m2/ r2
où g est la constante gravitationnelle.
Cela vous dit immédiatement pourquoi la lune, qui est tellement plus petite que le soleil, a plus d’effet sur les marées de la Terre. La raison est que c'est plus proche. La force gravitationnelle varie directement avec le premier pouvoir de masse mais inversement avec le second pouvoir de distance, de sorte que la séparation entre deux corps est plus importante que leurs masses. Il s'avère que l'influence des soleils sur les marées est environ la moitié de celle de la lune.
Les autres planètes, à la fois plus petites que le soleil et plus éloignées que la lune, ont des effets négligeables sur les marées. L’effet de Vénus, qui est la planète la plus proche de la Terre, est 10 000 fois moins important que celui du soleil et de la lune réunis. Jupiter a encore moins d'influence - environ un dixième de celle de Vénus.
La raison, il y a deux marées hautes par jour
La Terre est tellement plus grande que la lune, il semble que la lune tourne autour de celle-ci, mais la vérité est qu’elles gravitent autour d’un centre commun, le barycenter. Ses environ 1 068 miles au-dessous de la surface de la Terre sur une ligne qui s'étend du centre de la Terre au centre de la lune. La rotation de la Terre autour de ce point crée une force centrifuge à la surface de la planète identique à chaque point de sa surface.
Une force centrifuge est une force qui éloigne le corps du centre de rotation. autant que l'eau est projetée loin d'une tête d'arrosage en rotation. Sur un point aléatoire - point UNE - du côté de la Terre faisant face à la Lune, la gravité des lunes est ressentie comme la plus forte, et la gravité se combine à la force centrifuge pour créer une marée haute.
Cependant, 12 heures plus tard, la Terre a tourné et le point UNE est à sa plus grande distance de la lune. En raison de l'augmentation de la distance, qui est égale au diamètre de la Terre (presque 12 000 km), le point A éprouve l'attraction gravitationnelle la plus faible de la Lune, mais la force centrifuge reste inchangée et il en résulte une deuxième marée haute.
Les scientifiques décrivent cela graphiquement comme une bulle d'eau allongée entourant la Terre. C'est une idéalisation, car elle suppose que la Terre est uniformément recouverte d'eau, mais elle fournit un modèle exploitable de l'amplitude des marées en raison de la gravitation des lunes.
Aux points séparés de l’axe Terre-Lune de 90 degrés, la composante normale de la gravitation des lunes suffit à vaincre la force centrifuge et le renflement s’aplatit. Cet aplatissement correspond aux marées basses.
Effets de l'orbite des lunes
Le renflement imaginaire entourant la Terre est approximativement une ellipse avec un axe semi-majeur le long de la ligne qui relie le centre de la Terre au centre de la lune. Si la lune était stationnaire sur son orbite, chaque point de la Terre subirait des marées hautes et des marées basses à la même heure chaque jour, mais la lune ne serait pas stationnaire. Il se déplace de 13,2 degrés chaque jour par rapport aux étoiles, de sorte que l’orientation du grand axe du renflement change également.
Lorsqu'un point situé sur l'axe principal du renflement termine une rotation, l'axe principal s'est déplacé. Il faut environ 4 minutes à la Terre pour effectuer une rotation d'un degré et le grand axe a été déplacé de 13 degrés. La Terre doit donc pivoter pendant 53 minutes supplémentaires avant que le point ne revienne sur le grand axe du renflement. Si les mouvements orbitaux des lunes étaient le seul facteur influant sur les marées (alerte spoiler: ce n'est pas le cas), la marée haute se produirait 53 minutes plus tard chaque jour pour un point situé sur l'équateur.
En ce qui concerne l’effet des lunes sur les marées, deux autres facteurs ont une incidence sur la chronologie des marées ainsi que sur la hauteur de l’eau.
Le soleil affecte également les marées
La gravitation des soleils crée un second renflement dans la bulle imaginaire entourant la Terre et son axe suit la ligne qui relie la Terre au soleil. L'axe avance d'environ 1 degré par jour car il suit la position apparente du soleil dans le ciel et est environ deux fois moins allongé que la bulle créée par la gravitation des lunes.
Dans la théorie des marées d'équilibre, qui donne naissance au modèle de bulle de marée, la superposition de la bulle créée par la gravitation des lunes et celle créée par la gravitation du soleil devraient fournir un moyen de prédire les marées quotidiennes dans n'importe quelle localité.
Les choses ne sont toutefois pas aussi simples, car la Terre n'est pas recouverte par un océan géant. Ses masses continentales créent trois bassins océaniques reliés par des passages assez étroits. Cependant, la gravitation des soleils se combine à celle de la lune pour créer des pics bimensuels dans les hauteurs des marées du monde entier.
Marées de printemps et de marée basse: Les marées de printemps n'ont rien à voir avec la saison de printemps. Ils se produisent à la nouvelle lune et à la pleine lune, lorsque le soleil et la lune sont alignés sur la Terre. Les influences gravitationnelles de ces deux corps célestes se combinent pour produire des eaux de marée exceptionnellement élevées.
Les marées de printemps ont lieu en moyenne toutes les deux semaines. Environ une semaine après chaque marée de printemps, l'axe Terre-Lune est perpendiculaire à l'axe Terre-Soleil. Les effets gravitationnels du soleil et de la lune s’annulent, et les marées sont plus basses que d’habitude. Celles-ci sont appelées marées Neap.
Marées dans le monde réel des bassins océaniques
Outre les trois principaux bassins océaniques - les océans Pacifique, Atlantique et Indien -, il existe plusieurs bassins plus petits, tels que la mer Méditerranée, la mer Rouge et le golfe Persique. Chaque bassin est comme un récipient et, comme vous pouvez le constater lorsque vous inclinez un verre d’eau en va-et-vient, l’eau a tendance à glisser entre les parois d’un récipient.L'eau dans chacun des bassins du monde a une période d'oscillation naturelle, ce qui peut modifier la force de marée gravitationnelle du soleil et de la lune.
La période de l'océan Pacifique, par exemple, est de 25 heures, ce qui explique en partie pourquoi il n'y a qu'une seule marée haute par jour dans de nombreuses régions du Pacifique. La période de l'océan Atlantique, en revanche, est de 12,5 heures, donc il y a généralement deux marées hautes par jour dans l'Atlantique. Fait intéressant, au milieu de grands bassins hydrographiques, il n’ya souvent pas de marée, car l’oscillation naturelle de l’eau tend à avoir un point zéro au centre du bassin.
Les marées ont tendance à être plus hautes dans les eaux peu profondes ou dans les eaux qui pénètrent dans un espace confiné, tel qu'une baie. La baie de Fundy, dans les Maritimes canadiennes, connaît les plus hautes marées du monde. La forme de la baie crée une oscillation naturelle de l’eau qui résonne avec l’oscillation de l’océan Atlantique, produisant une différence de hauteur de près de 20 mètres entre les grandes et les basses marées.
Les marées sont également affectées par les phénomènes météorologiques et géologiques
Avant d'adopter le nom tsunamiLes océanographes, qui signifie en japonais «grosse vague», qualifiaient d’énormes mouvements d’eau qui suivent les séismes et les ouragans comme des raz-de-marée. Il s’agit essentiellement d’ondes de choc qui traversent l’eau pour créer des niveaux d’eau extrêmement élevés sur le rivage.
Des vents violents soutenus peuvent aider à diriger l'eau vers le rivage et à créer des marées hautes, appelées surtensions. Pour les communautés côtières, ces surtensions sont souvent les effets les plus importants des tempêtes tropicales et des ouragans.
Cela peut aussi fonctionner dans l'autre sens. Les forts vents du large peuvent pousser l'eau vers la mer et créer des marées inhabituellement basses. Les grandes tempêtes ont tendance à se produire dans les zones de basse pression atmosphérique, appelées dépressions. Des rafales d'air affluent des masses d'air à haute pression dans ces dépressions, et les rafales entraînent l'eau.