RASPINJANJE MUDROSTI

ZEMLJA BEŽI, PLIMA KASNI

2.987 pregleda

I sve bi bilo jednostavno, plima i oseka bi se smenjivale uvek u isto vreme, ne bi bilo ni većih oscilacija nivoa voda plime i oseke, kada u ovoj priči ne bi bilo Meseca!

Radovan Đukić

Pojava plime i oseke na obalama svetskih mora je od ogromnog značaja za život i rad ljudi koji nastanjuju priobalja. Pored značaja za privredu ogroman značaj je i za floru i faunu tih predela! Od antičke Grčke do naših dana, ovaj prirodni fenomen je predmet interesovanja a posebno je interesantan mehanizam nastajanja plime i oseke. Tako je 1687. godine objašnjeno da su plime rezultat gravitacionog privlačenja Meseca i Sunca usled kojeg dolazi do podizanja nivoa zemaljskih okeana u vodenu izbočinu sa jedne strane Zemlje, dok sa njene suprotne strane vodenu izbočinu formira centrifugalna sila rotacije Zemlje oko baricentra…!

Rotacija Zemlje čini da neka tačka na Zemlji (mesto) dva puta dnevno prolazi kroz vodene izbočine i tako dobija dve poludnevne plime i dve oseke. I pored nebrojeno mnogo članaka koji promovišu važeću teoriju vodenih izbočina na vrlo atraktivan način, ipak se nalaze izvesne nelogičnosti koje se ogledaju u sledećem:

Upotrebimo misaoni eksperiment i približimo Mesec Zemlji na samo jedan metar razdaljine. Uočimo na Zemlji elementarnu masu vode na liniji koja spaja centre mase ova dva nebeska tela. Gravitaciona sila Meseca je oko šest puta manja od gravitacione sile Zemlje. Očigledno je da bi težina uočene elementarne mase vode opala za oko jednu šestinu (pravilo slaganja sila) ali se kretanje vode ka Mesecu ne bi dogodilo! A Mesec je inače prosečno udaljen oko 384.000 kilometara od Zemlje i gravitaciona sila opada sa kvadratom rastojanja masa ovih nebeskih tela?! Ova analiza otvara veliki problem opstanku koncepta vodenih izbočina!?

I kada se očekuje da plime budu najviših
nivoa zbog najmanje udaljenosti Meseca i
njegovog najvećeg gravitacionog uticaja,
plime su najnižih nivoa u ciklusu!

Ako imamo u vidu da je brzina Zemljine rotacije oko 29 puta veća od brzine Mesečeve revolucije oko Zemlje, a Mesec podiže vodu u izbočine (plime mogu imati nivoe i preko 16 metara) koje ga prate, neka tačka (mesto) na Zemlji bi imala dva cunamija dnevno! To se očigledno ne događa! Najviši nivoi plima se dešavaju mnogo severnije i mnogo južnije od mesta na kojima su konceptom vodenih izbočina predviđeni!

Ponekad se, ili sa prvom ili sa poslednjom četvrtinom mesečevih mena, istovremeno dogodi da je Mesec u perigeju (najbliži Zemlji) svoje putanje revolucije oko Zemlje. I kada se očekuje da plime budu najviših nivoa zbog najmanje udaljenosti Meseca i njegovog najvećeg gravitacionog uticaja, plime su najnižih nivoa u ciklusu! Primer: perigej – 13. septembar 2017. poslednja četvrtina – faza Mesečevog ciklusa!

Ovih nekoliko izloženih primedbi ukazuju na potrebu za drugačijom analizom ove prirodne pojave. Kako uočene kontradiktornosti u teoriji vodenih izbočina ukazuju da nastanak plime i oseke nije iz razloga uticaja gravitacionih sila, ovaj članak će diskutovati efekte uticaja inercijalnih sila na ogromne inercijalne mase Zemljinog vodenog omotača!

Inercijalne sile

Pojava inercijalne sile na masivno telo u neinercijalnom sistemu posledica je promene stanja kretanja-promena brzine (ubrzanje). Kada se masivno i pritom elastično telo kreće stalnom brzinom, oblik tela će ostati nepromenjen (sl. 1a). Kada se to isto (masivno i elastično) telo kreće ubrzano, promeniće mu se oblik (sl.1b), usled delovanja inercijalnih sila! Vektor inercijalnih sila uvek je suprotno usmeren od vektora ubrzanja tela! Tada elastična inercijalna masa, koja teži da spreči promenu brzine menja oblik!

Slika 1

I planeta Zemlja je masivno telo, sa svim svojim masivnim omotačima (vazdušni, vodeni, litosferni), koji su različitih stepena elastičnosti. Zemlja se tokom revolucije oko Sunca kreće ubrzano i to: od afela do perihela povećavajući svoju brzinu za približno 1.000 metara u sekundi, a od perihela do afela usporavajući. Ova razlika afelske i perihelske brzine posledica je prosečnog ubrzanja a ≈ 64μm/s² ukupne mase Zemlje na koju deluje sila prosečnog intenziteta F ≈ 3,8 × 10²o njutna (N) u pravcu i smeru putanje revolucije. (ovi podaci o intenzitetu sile i ubrzanja nisu potpuno tačni ali ilustruju red veličina)! Zemlja je sfera pa su i svi nabrojani njeni omotači sfernog oblika. Kakvi su efekti Zemljinog ubrzanog kretanja i sile koja njenoj svekolikoj masi daje ubrzanje, razmatrano je na ilustraciji datoj slikom 2.

Slika 2

Pridružimo jedinične vektore normalama na uočenim elementarnim površinama Zemljine sfere. Kada na elementarne površine deluje sila (F) koja Zemlji daje ubrzanje (a), iz razloga sfernog oblika, na različito razmeštenim elementarnim površinama (ΔS) intenziteti sile biće različiti. Na elementarnim površinama na koje vektor sile deluje kolinearno dejstvo biti najveće, dok će na okolne elementarne površine na sferi intenzitet sile opadati sa povećanjem ugla delovanja. Tako će masa (Δmᵢ) vodenog omotača ispod elementarne površine (ΔS) delovati inercijalnom silom (Fᵢ), kao reakcija na silu ubrzavanja planete. Taj intenzitet inercijalne sile dat je izrazom: Fᵢ = Δmᵢ∙a∙cosα .

Ovakva raspodela intenziteta sila čini da inercijalni pritisci vodenog omotača, iz razloga oblika planete (sfera), budu različiti na različitim uočenim elementarnim površinama. Tako je pritisak inercijalnih sila definisan izrazom: Pᵢ = Fᵢ/ΔS.

Tako se na Zemljinom vodenom omotaču
formira udubljenje-ulegnuće u pravcu
ubrzanog kretanja, poznato kao oseka, a
istisnuta voda formira izdignute
formacije koje su najvišljeg nivoa pod
pravim uglom na pravac kretanja,
poznate kao plima!

Očigledno je da na Zemljin vodeni omotač ne deluje na svim mestima jednak pritisak inercijalnih sila (Pᵢ), i da je on najveći u pravcu putanje kretanja, a sve manji sa povećanjem ugla između pravca delovanja ubrzavajuće sile i normala na elementarnim površinama! Kako po prirodi fluidi imaju osobinu da se kreću sa mesta višeg pritiska ka mestu nižeg pritiska, sledi zaključak da će nivo vode Zemljinog omotača biti najniži na mestu najintenzivnijeg dejstva pritiska inercijalnih sila a najviši na mestu najmanjeg dejstva. Prikaz ovog efekta je dat slikom 3. Istovetno stanje je i na suprotnoj polusferi, pod istim principima uticaja inercijalnih sila!

Slika 3

Tako se na Zemljinom vodenom omotaču formira udubljenje-ulegnuće u pravcu ubrzanog kretanja, poznato kao oseka, a istisnuta voda formira izdignute formacije koje su najvišljeg nivoa pod pravim uglom na pravac kretanja, poznate kao plima! Rotacija planete Zemlje oko svoje ose čini da se plima i oseka smenjuju dva puta dnevno. I sve bi bilo jednostavno, plima i oseka bi se smenjivale uvek u isto vreme, ne bi bilo ni većih oscilacija nivoa voda plime i oseke, kada u ovoj priči ne bi bilo Meseca!

Mesečev uticaj

Sistem nebeskih tela koji čine Zemlja i Mesec kruži eliptičnom putanjom oko Sunca. Mesec ima 83 puta manju masu od Zemlje i prosečno je udaljen 384.000 kilometara, ali mnogo utiče na stanje plime i oseke na Zemlji i na njeno kretanje oko Sunca! Centar masa ili baricentar Zemlje i Meseca je udaljen od centra mase Zemlje prosečno 4.670 kulometara. Baricentar se kreće eliptičnom putanjom oko Sunca! A putanja centra mase Zemlje je blago talasasta jer tokom revolucije Meseca prelazi sa obe njene strane za po 4,670 kilometara. Prikaz dat slikom 4.

Slika 4

Ovakvo, uticajem Meseca izazvano kretanje Zemlje, odražava se na stanje njenog vodenog omotača! Dolazi do smicanja pravca, a i smera njenog kretanja, samim tim i do promena ubrzanja koja su, kako je već opisano, razlog nastanka plime i oseke! Slika 5 na jednostavan način prikazuje kako dolazi do dodatnog ubrzanja Zemlje. Na primeru (sl.5a) jednodnevnog kretanja Zemlje oko baricentra pod uticajem Meseca, u poziciji posle poslednje četvrtine mesečevog ciklusa, geometrijski je dat prikaz rezultantnog povećanja brzine Zemlje za (Δυ).

Kako se Zemlja već kreće ubrzano, prema pravilu slaganja brzina ovo dodatno povećanje brzine čini da ubrzanje (a) Zemlje počinje da raste i da izaziva sve veće inercijalne sile na vodenom omotaču. Počinju da rastu nivoi plima i da opadaju nivoi oseka! Iz dana u dan sve do faze mladog meseca (sl.5b) kada je dodavanje brzine Δυ najveće, dolazi do skoro najvećeg ubrzanja Zemlje i njenog vodenog omotača. Ali, najviši nivoi plime a najniži nivoi oseke se dešavaju tek narednog dana, kada počinje naglo opadanje dodatne brzine (Δυ) rotacije Zemlje oko baricentra!

Slika 5

Kada je mesec u fazi prve četvrtine i u fazi poslednje četvrtine, nivoi plima su najniži a nivoi oseka su najviši. Takvo stanje odgovara neporemećenom ubrzanom kretanju Zemlje tokom revolucije oko Sunca jer je uticaj Meseca zanemarljiv!

Slikom6 predstavljena je jednodnevna rotacija Zemlje oko baricentra i to kada Mesec dolazi u fazu punog meseca (uštap)! Ovde je očigledno da se Zemlja kreće „unazad” i da rezultantna brzina (-Δυ) njene periferije dovodi do „kočenja” što implicira negativno ubrzanje (-a)! Ovo negativno ubrzanje, suprotno smeru kretanja Zemlje i njenog centra mase, čini da inercijalne sile porastu, pa se ponovo imaju najniži nivoi oseka i najviši nivoi plima!

Slika 6

Iz dana u dan, kako se Mesec približava poslednjoj četvrtini ciklusa, opada „kočeća” brzina (-Δυ), smanjuju se inercijalne sile, opada nivo voda plime, a povećava se nivo voda oseke!

Plime kasne u proseku 24 minuta. Razlog
tome je što je Zemljina rotacija oko
baricentra u istom smeru kao i Mesečeva
revolucija oko Zemlje. Zemlja „pobegne” –
izmesti se za oko šest stepeni za 12
sati, što odgovara vremenu od 24 minuta.

Uticaj ovih komponenti ukupne brzine kretanja Zemlje toliko je veliki na promene ubrzanja Zemlje tokom revolucije oko Sunca, da se u jednom periodu godine u danima punog meseca događa da nivo vode tokom oseke padne ispod nultog nivoa (negativne plime) i meri se sa predznakom minus (-)! A u drugom periodu godine, isto se dešava i u dane mladog meseca – sve zavisi od trenutne brzine Zemlje i njene orbitalne pozicije!

Zemljina rotacija traje 24 sata. Za to vreme Mesec pređe oko 12 stepeni svoje putanje. Poludnevne plime se dva puta dnevno pojavljuju na nekom mestu – obali. Međutim, plime kasne u proseku 24 minuta. Razlog tome je što je Zemljina rotacija oko baricentra u istom smeru kao i Mesečeva revolucija oko Zemlje. Kada se pogleda ilustracija na slici 5 jasno je da Zemlja „pobegne” – izmesti se za oko šest stepeni za dvanaest sati, što odgovara vremenu od 24 minuta. Upravo ova rotacija Zemlje oko baricentra je objašnjenje zašto svakog narednog dana plime dolaze za prosečno oko 50 minuta kasnije.

Kada se dogodi da perigej Mesečeve putanje bude u fazama punog meseca ili mladog meseca, mogu se očekivati maksimalni nivoi voda plima i najniži nivoi voda oseka na nekim obalama. Razlog tome je povećana ugaona brzina Meseca, koja se odražava na ugaonu brzinu rotacije Zemlje oko baricentra, usled čega se povećava rezultantna brzina (Δυ) ili (-Δυ)!

Uvidom u stanje na slici 2 postaje jasno zašto su plime najviših nivoa sa porastom geografske širine na Zemljinoj severnoj i južnoj hemisferi. Zbog oblika Zemlje (sfera-kugla) inercijalne sile su tamo najmanje, pa je pritisak inercijalnih sila masa vode svetskih mora najmanji. Tako se deformacija vodenog omotača u zoni delovanja sile kolinearnom sa vektorima pridruženim normalama zone elementarnih površina gde su najveći pritisci inercijalnih sila vodene mase kompenzuje. Čak se ponekad kada je atmosferski pritisak iz nekih razloga enormno snižen, dogodi da se more izlije i poplavi priobalje tokom plime! Kada se ima u vidu da Zemljina osa rotacije odstupa od normale na ekliptiku za 23,5 stepeni, možemo očekivati najvišlje nivoe voda plime na mestima do oko 65 stepeni geografske širine. U prilog ovom razmatranju je i činjenica da na obalama Sredozemnog mora u Alžiru plime su do par decimetara, a u Tršćanskom zalivu prelaze nivo od jednog metra!

Smena plime i oseke na 12 sati svojstvo je dnevnih plima. Posledica je nagiba Zemlje prema ravni ekliptike od 66,5 stepeni. Slikom 7 pokazan je mehanizam nastanka dnevnih plima.

Slika 7

Kada sa strane Sunca gledamo na Zemlji neku tačku (A) u trenutku kada je ona u zoni deformacije vodenog omotača-ulegnuća (oseke)! Tokom narednih 12 sati ona će rotirati do pozicije (A’). Kako deformacije vodenog omotača stoje na istom mestu-pravcu Zemljine orbite, tačka dospeva na mesto gde je vodeni omotač višeg nivoa i gde je plima. Daljom rotacijom u narednih 12 sati tačka se ponovo vraća u početnu poziciju i mesto gde je oseka!

U zavisnosti od geografske širine i mesnih uslova (lokacije) dolazi i do plimskih miksova, gde se kombinuju dnevne i poludnevne plime!

Ovakvo delovanje pritiska inercijalnih
sila masa vode je svojevrsna pumpa koja
toplu morsku vodu, uz efekat nagnutosti
Zemljine ose i njene rotacije, vodi na
severnu hemisferu kao toplu morsku struju, kojoj
mnoga priobalja duguju svoj opstanak!

Dakle, nema vodenih izbočina zadržanih privlačnom silom Meseca i nema sudara sa njima. Inače se može primetiti kako plimski talasi polako plave ušća velikih reka koje se ulivaju u mora. Zatim, lagani dolazak plime gde se spajaju Severno i Baltičko more u Skagenu (Danska). Tu se vidi kako se susreću dva mora. Slična pojava je uočena i u Aljaskom zalivu, gde se uliva reka Kuper i nanosi mulj u tom delu mora što mu menja boju. Vidi se jasna granica dve vodene mase koja penuša i svedoči da se te vodene mase sudaraju i granica sudara se kreće od istoka prema zapadu…. To su rubovi podignutih voda opisanog efekta delovanja inercijalnih sila na Zemljin vodeni omotač!

Ovakvo delovanje pritiska inercijalnih sila masa vode je svojevrsna pumpa koja toplu morsku vodu, uz efekat nagnutosti Zemljine ose i njene rotacije, vodi na severnu hemisferu kao toplu morsku struju, kojoj mnoga priobalja duguju svoj opstanak! Takođe i morski talasi nastaju kao posledica permanentnog premeštanja mesta najjačeg delovanja inercijalnih sila pri rotaciji Zemlje.

Svi ovde opisani efekti deluju na sličan način i na Zemljin atmosferski i litosferni omotač! A ova analiza olakšava razumevanje dejstava i pojava u njima.

(Zahvaljujem Predragu Saviću-Pekiju na grafičkoj obradi priloženih slika. U toku provere rezultata istraživanja od velike pomoći bila je poseta sajtu: https://www.tide-forecast.com/locations/Brighton/tides/latest).

O autoru

Stanko Stojiljković

Ostavite komentar