И све би било једноставно, плима и осека би се смењивале увек у исто време, не би било ни већих осцилација нивоа вода плиме и осеке, када у овој причи не би било Месеца!
Радован Ђукић
Појава плиме и осеке на обалама светских мора је од огромног значаја за живот и рад људи који настањују приобаља. Поред значаја за привреду огроман значај је и за флору и фауну тих предела! Од античке Грчке до наших дана, овај природни феномен је предмет интересовања а посебно је интересантан механизам настајања плиме и осеке. Тако је 1687. године објашњено да су плиме резултат гравитационог привлачења Месеца и Сунца услед којег долази до подизања нивоа земаљских океана у водену избочину са једне стране Земље, док са њене супротне стране водену избочину формира центрифугална сила ротације Земље око барицентра…!
Ротација Земље чини да нека тачка на Земљи (место) два пута дневно пролази кроз водене избочине и тако добија две полудневне плиме и две осеке. И поред небројено много чланака који промовишу важећу теорију водених избочина на врло атрактиван начин, ипак се налазе извесне нелогичности које се огледају у следећем:
Употребимо мисаони експеримент и приближимо Месец Земљи на само један метар раздаљине. Уочимо на Земљи елементарну масу воде на линији која спаја центре масе ова два небеска тела. Гравитациона сила Месеца је око шест пута мања од гравитационе силе Земље. Очигледно је да би тежина уочене елементарне масе воде опала за око једну шестину (правило слагања сила) али се кретање воде ка Месецу не би догодило! А Месец је иначе просечно удаљен око 384.000 километара од Земље и гравитациона сила опада са квадратом растојања маса ових небеских тела?! Ова анализа отвара велики проблем опстанку концепта водених избочина!?
И када се очекује да плиме буду највиших
нивоа због најмање удаљености Месеца и
његовог највећег гравитационог утицаја,
плиме су најнижих нивоа у циклусу!
Ако имамо у виду да је брзина Земљине ротације око 29 пута већа од брзине Месечеве револуције око Земље, а Месец подиже воду у избочине (плиме могу имати нивое и преко 16 метара) које га прате, нека тачка (место) на Земљи би имала два цунамија дневно! То се очигледно не догађа! Највиши нивои плима се дешавају много северније и много јужније од места на којима су концептом водених избочина предвиђени!
Понекад се, или са првом или са последњом четвртином месечевих мена, истовремено догоди да је Месец у перигеју (најближи Земљи) своје путање револуције око Земље. И када се очекује да плиме буду највиших нивоа због најмање удаљености Месеца и његовог највећег гравитационог утицаја, плиме су најнижих нивоа у циклусу! Пример: перигеј – 13. септембар 2017. последња четвртина – фаза Месечевог циклуса!
Ових неколико изложених примедби указују на потребу за другачијом анализом ове природне појаве. Kако уочене контрадикторности у теорији водених избочина указују да настанак плиме и осеке није из разлога утицаја гравитационих сила, овај чланак ће дискутовати ефекте утицаја инерцијалних сила на огромне инерцијалне масе Земљиног воденог омотача!
Инерцијалне силе
Појава инерцијалне силе на масивно тело у неинерцијалном систему последица је промене стања кретања-промена брзине (убрзање). Kада се масивно и притом еластично тело креће сталном брзином, облик тела ће остати непромењен (сл. 1а). Kада се то исто (масивно и еластично) тело креће убрзано, промениће му се облик (сл.1б), услед деловања инерцијалних сила! Вектор инерцијалних сила увек је супротно усмерен од вектора убрзања тела! Тада еластична инерцијална маса, која тежи да спречи промену брзине мења облик!
Слика 1
И планета Земља је масивно тело, са свим својим масивним омотачима (ваздушни, водени, литосферни), који су различитих степена еластичности. Земља се током револуције око Сунца креће убрзано и то: од афела до перихела повећавајући своју брзину за приближно 1.000 метара у секунди, а од перихела до афела успоравајући. Ова разлика афелске и перихелске брзине последица је просечног убрзања а ≈ 64μm/s² укупне масе Земље на коју делује сила просечног интензитета F ≈ 3,8 × 10²о њутна (N) у правцу и смеру путање револуције. (ови подаци о интензитету силе и убрзања нису потпуно тачни али илуструју ред величина)! Земља је сфера па су и сви набројани њени омотачи сферног облика. Kакви су ефекти Земљиног убрзаног кретања и силе која њеној свеколикој маси даје убрзање, разматрано је на илустрацији датој сликом 2.
Слика 2
Придружимо јединичне векторе нормалама на уоченим елементарним површинама Земљине сфере. Kада на елементарне површине делује сила (F) која Земљи даје убрзање (а), из разлога сферног облика, на различито размештеним елементарним површинама (ΔS) интензитети силе биће различити. На елементарним површинама на које вектор силе делује колинеарно дејство бити највеће, док ће на околне елементарне површине на сфери интензитет силе опадати са повећањем угла деловања. Тако ће маса (Δmᵢ) воденог омотача испод елементарне површине (ΔS) деловати инерцијалном силом (Fᵢ), као реакција на силу убрзавања планете. Тај интензитет инерцијалне силе дат је изразом: Fᵢ = Δmᵢ∙a∙cosα .
Оваква расподела интензитета сила чини да инерцијални притисци воденог омотача, из разлога облика планете (сфера), буду различити на различитим уоченим елементарним површинама. Тако је притисак инерцијалних сила дефинисан изразом: Pᵢ = Fᵢ/ΔS.
Тако се на Земљином воденом омотачу
формира удубљење-улегнуће у правцу
убрзаног кретања, познато као осека, а
истиснута вода формира издигнуте
формације које су највишљег нивоа под
правим углом на правац кретања,
познате као плима!
Очигледно је да на Земљин водени омотач не делује на свим местима једнак притисак инерцијалних сила (Pᵢ), и да је он највећи у правцу путање кретања, а све мањи са повећањем угла између правца деловања убрзавајуће силе и нормала на елементарним површинама! Kако по природи флуиди имају особину да се крећу са места вишег притиска ка месту нижег притиска, следи закључак да ће ниво воде Земљиног омотача бити најнижи на месту најинтензивнијег дејства притиска инерцијалних сила а највиши на месту најмањег дејства. Приказ овог ефекта је дат сликом 3. Истоветно стање је и на супротној полусфери, под истим принципима утицаја инерцијалних сила!
Слика 3
Тако се на Земљином воденом омотачу формира удубљење-улегнуће у правцу убрзаног кретања, познато као осека, а истиснута вода формира издигнуте формације које су највишљег нивоа под правим углом на правац кретања, познате као плима! Ротација планете Земље око своје осе чини да се плима и осека смењују два пута дневно. И све би било једноставно, плима и осека би се смењивале увек у исто време, не би било ни већих осцилација нивоа вода плиме и осеке, када у овој причи не би било Месеца!
Месечев утицај
Систем небеских тела који чине Земља и Месец кружи елиптичном путањом око Сунца. Месец има 83 пута мању масу од Земље и просечно је удаљен 384.000 километара, али много утиче на стање плиме и осеке на Земљи и на њено кретање око Сунца! Центар маса или барицентар Земље и Месеца је удаљен од центра масе Земље просечно 4.670 кулометара. Барицентар се креће елиптичном путањом око Сунца! А путања центра масе Земље је благо таласаста јер током револуције Месеца прелази са обе њене стране за по 4,670 километара. Приказ дат сликом 4.
Слика 4
Овакво, утицајем Месеца изазвано кретање Земље, одражава се на стање њеног воденог омотача! Долази до смицања правца, а и смера њеног кретања, самим тим и до промена убрзања која су, како је већ описано, разлог настанка плиме и осеке! Слика 5 на једноставан начин приказује како долази до додатног убрзања Земље. На примеру (сл.5а) једнодневног кретања Земље око барицентра под утицајем Месеца, у позицији после последње четвртине месечевог циклуса, геометријски је дат приказ резултантног повећања брзине Земље за (Δυ).
Kако се Земља већ креће убрзано, према правилу слагања брзина ово додатно повећање брзине чини да убрзање (а) Земље почиње да расте и да изазива све веће инерцијалне силе на воденом омотачу. Почињу да расту нивои плима и да опадају нивои осека! Из дана у дан све до фазе младог месеца (сл.5б) када је додавање брзине Δυ највеће, долази до скоро највећег убрзања Земље и њеног воденог омотача. Али, највиши нивои плиме а најнижи нивои осеке се дешавају тек наредног дана, када почиње нагло опадање додатне брзине (Δυ) ротације Земље око барицентра!
Слика 5
Kада је месец у фази прве четвртине и у фази последње четвртине, нивои плима су најнижи а нивои осека су највиши. Такво стање одговара непоремећеном убрзаном кретању Земље током револуције око Сунца јер је утицај Месеца занемарљив!
Сликом6 представљена је једнодневна ротација Земље око барицентра и то када Месец долази у фазу пуног месеца (уштап)! Овде је очигледно да се Земља креће „уназад” и да резултантна брзина (-Δυ) њене периферије доводи до „кочења” што имплицира негативно убрзање (-а)! Ово негативно убрзање, супротно смеру кретања Земље и њеног центра масе, чини да инерцијалне силе порасту, па се поново имају најнижи нивои осека и највиши нивои плима!
Слика 6
Из дана у дан, како се Месец приближава последњој четвртини циклуса, опада „кочећа” брзина (-Δυ), смањују се инерцијалне силе, опада ниво вода плиме, а повећава се ниво вода осеке!
Плиме касне у просеку 24 минута. Разлог
томе је што је Земљина ротација око
барицентра у истом смеру као и Месечева
револуција око Земље. Земља „побегне” –
измести се за око шест степени за 12
сати, што одговара времену од 24 минута.
Утицај ових компоненти укупне брзине кретања Земље толико је велики на промене убрзања Земље током револуције око Сунца, да се у једном периоду године у данима пуног месеца догађа да ниво воде током осеке падне испод нултог нивоа (негативне плиме) и мери се са предзнаком минус (-)! А у другом периоду године, исто се дешава и у дане младог месеца – све зависи од тренутне брзине Земље и њене орбиталне позиције!
Земљина ротација траје 24 сата. За то време Месец пређе око 12 степени своје путање. Полудневне плиме се два пута дневно појављују на неком месту – обали. Међутим, плиме касне у просеку 24 минута. Разлог томе је што је Земљина ротација око барицентра у истом смеру као и Месечева револуција око Земље. Kада се погледа илустрација на слици 5 јасно је да Земља „побегне” – измести се за око шест степени за дванаест сати, што одговара времену од 24 минута. Управо ова ротација Земље око барицентра је објашњење зашто сваког наредног дана плиме долазе за просечно око 50 минута касније.
Kада се догоди да перигеј Месечеве путање буде у фазама пуног месеца или младог месеца, могу се очекивати максимални нивои вода плима и најнижи нивои вода осека на неким обалама. Разлог томе је повећана угаона брзина Месеца, која се одражава на угаону брзину ротације Земље око барицентра, услед чега се повећава резултантна брзина (Δυ) или (-Δυ)!
Увидом у стање на слици 2 постаје јасно зашто су плиме највиших нивоа са порастом географске ширине на Земљиној северној и јужној хемисфери. Због облика Земље (сфера-кугла) инерцијалне силе су тамо најмање, па је притисак инерцијалних сила маса воде светских мора најмањи. Тако се деформација воденог омотача у зони деловања силе колинеарном са векторима придруженим нормалама зоне елементарних површина где су највећи притисци инерцијалних сила водене масе компензује. Чак се понекад када је атмосферски притисак из неких разлога енормно снижен, догоди да се море излије и поплави приобаље током плиме! Kада се има у виду да Земљина оса ротације одступа од нормале на еклиптику за 23,5 степени, можемо очекивати највишље нивое вода плиме на местима до око 65 степени географске ширине. У прилог овом разматрању је и чињеница да на обалама Средоземног мора у Алжиру плиме су до пар дециметара, а у Тршћанском заливу прелазе ниво од једног метра!
Смена плиме и осеке на 12 сати својство је дневних плима. Последица је нагиба Земље према равни еклиптике од 66,5 степени. Сликом 7 показан је механизам настанка дневних плима.
Слика 7
Kада са стране Сунца гледамо на Земљи неку тачку (А) у тренутку када је она у зони деформације воденог омотача-улегнућа (осеке)! Током наредних 12 сати она ће ротирати до позиције (A’). Kако деформације воденог омотача стоје на истом месту-правцу Земљине орбите, тачка доспева на место где је водени омотач вишег нивоа и где је плима. Даљом ротацијом у наредних 12 сати тачка се поново враћа у почетну позицију и место где је осека!
У зависности од географске ширине и месних услова (локације) долази и до плимских миксова, где се комбинују дневне и полудневне плиме!
Овакво деловање притиска инерцијалних
сила маса воде је својеврсна пумпа која
топлу морску воду, уз ефекат нагнутости
Земљине осе и њене ротације, води на
северну хемисферу као топлу морску струју, којој
многа приобаља дугују свој опстанак!
Дакле, нема водених избочина задржаних привлачном силом Месеца и нема судара са њима. Иначе се може приметити како плимски таласи полако плаве ушћа великих река које се уливају у мора. Затим, лагани долазак плиме где се спајају Северно и Балтичко море у Скагену (Данска). Ту се види како се сусрећу два мора. Слична појава је уочена и у Аљаском заливу, где се улива река Kупер и наноси муљ у том делу мора што му мења боју. Види се јасна граница две водене масе која пенуша и сведочи да се те водене масе сударају и граница судара се креће од истока према западу…. То су рубови подигнутих вода описаног ефекта деловања инерцијалних сила на Земљин водени омотач!
Овакво деловање притиска инерцијалних сила маса воде је својеврсна пумпа која топлу морску воду, уз ефекат нагнутости Земљине осе и њене ротације, води на северну хемисферу као топлу морску струју, којој многа приобаља дугују свој опстанак! Такође и морски таласи настају као последица перманентног премештања места најјачег деловања инерцијалних сила при ротацији Земље.
Сви овде описани ефекти делују на сличан начин и на Земљин атмосферски и литосферни омотач! А ова анализа олакшава разумевање дејстава и појава у њима.
(Захваљујем Предрагу Савићу-Пекију на графичкој обради приложених слика. У току провере резултата истраживања од велике помоћи била је посета сајту: https://www.tide-forecast.com/locations/Brighton/tides/latest).
