Mi profesor de física me explicó que la mayoría de los efectos de marea son causados por la rotación de la Luna alrededor de la Tierra, y algunos también por el Sol.
Dijeron que en el sistema de la Tierra y la Luna, los cuerpos están en caída libre unos sobre otros. Pero esos puntos en la superficie de la Tierra, al no estar en el centro de gravedad de la Tierra, experimentan un tirón ligeramente diferente hacia la Luna.
La atracción es un poco mayor si están del lado de la Luna, y un poco menor si están del lado opuesto a la Luna. Una vez que se elimina la caída libre, en el lado de la Luna esto se siente como un tirón hacia la Luna y en el lado opuesto se siente como una repulsión de la Luna.
Esto tiene sentido para mí y está respaldado por otras preguntas y respuestas aquí, como esta y también esta pregunta de Phys.SE.
También dijeron que hay "protuberancias de marea" en lados opuestos de la Tierra causadas por estas fuerzas. Las protuberancias permanecen inmóviles en relación con la Luna y la Tierra girando a través de las protuberancias explica por qué tenemos dos mareas al día. Hicieron un dibujo como este...
Una búsqueda de imágenes de protuberancias de marea encuentra cientos de ejemplos similares, y aquí hay una animación de un científico en Twitter.
…Pero, si hay un bulto de marea en ambos lados de la Tierra, como una gran ola con dos picos dando vueltas y vueltas, ¿cómo puede una isla, como Gran Bretaña donde vivo, tener simultáneamente una marea alta en un lado y una baja? marea en el otro?
Por ejemplo:
Dos puertos con mareas de 6 horas o 180º de diferencia. Es marea alta en uno mientras marea baja en el otro. Pero solo están a 240 millas de distancia por carretera.
Gran Bretaña es mucho más pequeña que la Tierra. Probablemente ni siquiera sea tan grande como la letra "A" en la palabra "TIDAL" en esa imagen.
Para demostrar que esto no es solo que Gran Bretaña es una anomalía loca, aquí hay otro ejemplo de Nueva Zelanda:
Dos puertos que están separados por 180º (6 horas), pero separados por solo 200 deliciosas millas a través de un parque nacional. Nueva Zelanda, a diferencia del Reino Unido, se encuentra en un océano bastante abierto.
Este fue uno de los pocos errores de Newton. Newton obtuvo la función de fuerza de marea correcta, pero la respuesta a esa fuerza en los océanos: completamente incorrecta.
La teoría del equilibrio de Newton de las mareas con sus dos protuberancias de marea se falsea por observación. Si esta hipótesis fuera correcta, la marea alta ocurriría cuando la Luna está en el cenit y en el nadir. La mayoría de los lugares en los océanos de la Tierra tienen una marea alta cada 12.421 horas, pero si esas mareas altas ocurren en el cenit y el nadir es pura suerte. En la mayoría de los lugares, hay un desplazamiento predecible del cenit/nadir de la Luna y el momento de la marea alta, y ese desplazamiento no es cero.
Uno de los lugares más confusos con respecto a las mareas es el patio trasero de Newton. Si la teoría del equilibrio de Newton fuera correcta, la marea alta ocurriría más o menos al mismo tiempo en el Mar del Norte. Eso no es lo que se observa. En cualquier momento del día, uno siempre puede encontrar un lugar en el Mar del Norte que está experimentando marea alta y otro que está experimentando simultáneamente marea baja.
Más allá de la evidencia, hay una serie de razones por las que una protuberancia de marea no puede existir en los océanos.
La protuberancia de la marea no puede existir debido a la forma en que se propagan las ondas de agua. Si existiera la protuberancia de la marea, formaría una onda con una longitud de onda de la mitad de la circunferencia de la Tierra. Esa longitud de onda es mucho mayor que la profundidad del océano, lo que significa que la ola sería poco profunda. La velocidad de una ola poco profunda en algún lugar es aproximadamente , dónde es la profundidad del océano en ese lugar. Este maremoto solo podía moverse a 330 m/s sobre incluso la fosa oceánica más profunda, 205 m/s sobre la profundidad media de 4267 m, y menos que eso en aguas poco profundas. Compare con la velocidad de rotación de 465 m/s en el ecuador. El maremoto poco profundo no puede seguir el ritmo de la rotación de la Tierra.
La protuberancia de la marea no puede existir porque la Tierra no está completamente cubierta por agua. Hay dos enormes barreras de norte a sur para la protuberancia de la marea de Newton, las Américas en el hemisferio occidental y Afro-Eurasia en el hemisferio oriental. Las mareas en la costa del Pacífico de Panamá son muy, muy diferentes de las mareas a solo 100 kilómetros de distancia en la costa del Caribe de Panamá.
Una tercera razón por la que el abultamiento de la marea no puede existir es el efecto de Coriolis. Que la Tierra esté girando a una velocidad diferente de la velocidad orbital de la Luna significa que el efecto Coriolis actuaría para separar el maremoto incluso si la Tierra estuviera completamente cubierta por un océano muy profundo.
Lo que Newton se equivocó, Laplace lo hizo bien.
La teoría dinámica de las mareas de Laplace da cuenta de los problemas mencionados anteriormente. Explica por qué siempre hay marea alta en algún lugar del Mar del Norte (y la Patagonia, la costa de Nueva Zelanda y algunos otros lugares de la Tierra donde las mareas son completamente locas). Las funciones de fuerza de marea combinadas con las profundidades y contornos de las cuencas oceánicas dan como resultado sistemas anfidrómicos. Hay puntos en la superficie, "puntos anfidrómicos", que no experimentan mareas, al menos con respecto a una de las muchas funciones forzadas de las mareas. Las respuestas de marea giran alrededor de estos puntos anfidrómicos.
Hay un gran número de respuestas de frecuencia a las funciones generales de fuerza de marea. La Luna es la fuerza dominante con respecto a las mareas. Ayuda a ver las cosas desde la perspectiva del dominio de la frecuencia. Desde esta perspectiva, la frecuencia dominante en la mayoría de los lugares de la Tierra es de 1 ciclo cada 12.421 horas, la frecuencia de marea M 2 . El segundo más grande es el ciclo de 1 por 12 horas debido al Sol, la frecuencia de marea S 2 . Dado que la función de forzamiento no es del todo simétrica, también hay respuestas de 1 ciclo por 24,841 horas (la frecuencia de marea M 1 ), respuestas de 1 ciclo por 24 horas (la frecuencia de marea S 1 ) y muchas otras. Cada uno de estos tiene su propio sistema anfidrómico.
Con respecto al Mar del Norte, hay tres puntos anfidrómicos de marea M 2 en la vecindad del Mar del Norte. Esto explica muy bien por qué las mareas son tan tontas en el Mar del Norte.
Para aquellos a los que les gustan las imágenes, aquí hay algunas imágenes clave. Espero que los propietarios de estas imágenes no reorganicen sus sitios web.
Fuente: https://physics.mercer.edu/hpage/tidal%20asymmetry/asymmetry.html
Esto es lo que Newton hizo bien. La fuerza de marea se aleja del centro de la Tierra cuando la Luna (o el Sol) está en el cenit o nadir, y hacia adentro cuando la Luna (o el Sol) está en el horizonte. El componente vertical es la fuerza impulsora detrás de la respuesta de la Tierra en su conjunto a estas fuerzas de marea. Esta pregunta no es sobre las mareas de la Tierra. La pregunta es sobre las mareas oceánicas, y ahí está la componente horizontal que es la fuerza impulsora.
Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/File:M2_tidal_constituent.jpg
El componente M2 de las mareas es la respuesta de aproximadamente dos veces al día a la función de fuerza de las mareas que resulta de la Luna. Este es el componente dominante de las mareas en muchas partes del mundo. La primera imagen muestra los puntos anfidrómicos M2, puntos donde no hay componente M2 de las mareas. Aunque estos puntos tienen una respuesta cero a este componente, estos puntos anfidrómicos son críticos para modelar la respuesta de las mareas. La segunda imagen, un gif animado, muestra la respuesta a lo largo del tiempo.
Fuente archivada: www.geog.ucsb.edu/~dylan/ocean.html
Mencioné el Mar del Norte varias veces en mi respuesta. El Atlántico Norte es donde ocurre el 40% de la disipación de marea M2, y el Mar del Norte es el centro de esta disipación.
Fuente: http://www.altitry.info/thematic-use-cases/ocean-applications/tides/ http://www.altitry.info/wp-content/uploads/2015/06/flux_energie.gif
La imagen de arriba muestra la transferencia de energía desde los lugares donde se crea la energía de las mareas hasta los lugares donde se disipa. Esta transferencia de energía explica las extrañas mareas en la Patagonia, uno de los lugares de la Tierra donde las mareas son más altas y más contrarias a la intuición. Esas mareas patagónicas son en gran parte el resultado de la transferencia de energía del Pacífico al Atlántico. También muestra la gran transferencia de energía al Atlántico Norte, que es donde se produce el 40% de la disipación de marea M2.
Tenga en cuenta que esta transferencia de energía es generalmente hacia el este. Puede pensar en esto como una representación de "aumento de marea neto". O no. Prefiero "o no".
(... porque borramos los comentarios aquí)
¿No es un Tsunami una ola de agua poco profunda en comparación con las cuencas oceánicas? Sé que la longitud de onda es más pequeña, pero sigue siendo una onda de agua poco profunda y, por lo tanto, se propagaría a la misma velocidad. ¿Por qué no sufren de lo que mencionaste con respecto a la velocidad de rotación de la tierra?
En primer lugar, hay una gran diferencia entre un tsunami y las mareas. Un tsunami es el resultado de un oscilador armónico amortiguado no lineal (los océanos de la Tierra) a un impulso (un terremoto). Las mareas son la respuesta a una fuerza motriz cíclica. Dicho esto,
El siguiente enlace proporciona una animación del tsunami del terremoto de Indonesia de 2004 .
Referencias de lo anterior:
Dao, MH y Tkalich, P. (2007). ¿Modelado de propagación de tsunamis? un estudio de sensibilidad. Riesgos naturales y ciencia del sistema terrestre , 7(6), 741-754.
Eze, CL, Uko, DE, Gobo, AE, Sigalo, FB e Israel-Cookey, C. (2009). Modelado Matemático de Propagación de Tsunamis. Revista de Ciencias Aplicadas y Gestión Ambiental , 13(3).
Kowalik, Z., Knight, W., Logan, T. y Whitmore, P. (2005). Modelado numérico del tsunami global: tsunami de Indonesia del 26 de diciembre de 2004. Science of Tsunami Hazards , 23(1), 40-56.
Esta es una respuesta interesante llena de datos y diagramas interesantes, pero creo que es un poco exagerada. La explicación de Newton no estaba mal, era una aproximación. Sabía que era una aproximación; obviamente, sabía que la tierra tenía tierra además de agua, que las mareas tenían diferentes alturas en diferentes lugares, etc. No creo que sea una coincidencia que la altura de la protuberancia en la equipotencial sea casi del tamaño correcto para explicar las alturas observadas de las mareas.
El análisis de Newton fue un buen comienzo. Newton ciertamente describió correctamente la fuerza de marea. No tenía las herramientas matemáticas para hacer nada mejor que lo que hizo. El análisis de Fourier, el tratamiento adecuado de los marcos no inerciales y la dinámica de fluidos son posteriores a Newton en aproximadamente un siglo.
Además de los problemas citados anteriormente, Newton ignoró el componente horizontal de la fuerza de marea y solo observó el componente vertical. El componente horizontal no sería importante si la Tierra estuviera bloqueada por mareas con la Luna. La teoría dinámica de las mareas esencialmente ignora el componente vertical y solo mira el componente horizontal. Esto da una imagen muy diferente de las mareas.
Estoy lejos de ser el único que dice que el aumento de la marea no existe. Por ejemplo, de esta conferencia , la página sobre mareas dinámicas pregunta retóricamente: "Pero, ¿cómo puede el agua confinada a una cuenca participar en un movimiento ondulatorio como las "protuberancias de las mareas" que supuestamente barren el globo como se describe en la teoría del equilibrio?" e inmediatamente responde (énfasis mío) " La respuesta es: no puede " .
En Affholder, M. y Valiron, F. (2001). Oceanografía Física Descriptiva. CRC Press , los autores presentan la marea de equilibrio de Newton pero luego escriben (énfasis mío) "Para que el maremoto se mueva a esta enorme velocidad de 1600 km/h, la profundidad ideal del océano tendría que ser de 22 km. Tomando la profundidad promedio de la océano como 3,9 km, la velocidad de las elevaciones de las mareas sólo puede ser de 700 km/h. Por lo tanto, no se puede establecer la posición de equilibrio en cualquier instante requerida por esta teoría " .
Los oceanógrafos aún enseñan la teoría de las mareas en equilibrio de Newton por varias razones. Da una imagen adecuada de la función de fuerza de las mareas. Además, muchos estudiantes no entienden cuántos lugares pueden tener dos mareas al día. De hecho, ¡la mayoría de los instructores de oceanografía y los autores de libros de texto no lo entienden! Muchos oceanógrafos y sus textos todavía sostienen que el abultamiento interior es consecuencia de la gravedad, pero el otro abultamiento es consecuencia de la llamada fuerza centrífuga. Esto vuelve completamente locos a los geofísicos y geodocistas. Eso está empezando a cambiar; en los últimos diez años, algunos textos de oceanografía finalmente han comenzado a enseñar que la única fuerza que se necesita para explicar las mareas es la gravitación.
La imagen de las mareas altas en lados opuestos de la Tierra con un período de aproximadamente 12 horas (en realidad 12 horas y 25 minutos, debido a la rotación de la Tierra) es una simplificación excesiva. Es solo un punto de partida. Las mareas se comportarían de esta manera en el límite de una Tierra toda de agua con una profundidad oceánica tan grande que no tendría efecto sobre la onda superficial.
Pero la Tierra tiene continentes, penínsulas, bahías, estuarios y similares, y el océano tiene una profundidad finita que provoca efectos de fricción en las olas del océano y frecuencias características de las cuencas oceánicas. Todos estos factores, más el efecto Coriolis debido a la rotación de la Tierra, afectan las condiciones de contorno de la variación en la altura del océano debido a las mareas. A su vez, dependiendo de la geografía costera local, las cuencas locales pueden tener frecuencias de resonancia características que conducen a una interferencia local constructiva o destructiva con las mareas.
Todos estos efectos conducen a armónicos de orden superior en las mareas además de la marea primaria de 12 horas y 25 minutos. Por orden superior, quiero decir que estos componentes de las mareas tienen frecuencias más altas (períodos más cortos). Y pueden ser localmente importantes.
Son estos efectos de período corto (períodos de unas pocas horas, no más de 12) los que explicarían lo que está sucediendo en lugares como los dos lugares de Inglaterra.
El artículo de Wikipedia sobre la teoría de las mareas tiene varios enlaces a documentos sobre el análisis armónico de las mareas realizados por George Darwin (el hijo de Charles) y otros a principios del siglo XX. Hoy en día, este trabajo se realiza con simulaciones numéricas, pero ese trabajo se basa en el trabajo realizado anteriormente.
M2
es la onda que tiene una frecuencia de dos ciclos al día. La respuesta hipotética en forma de protuberancia tiene precisamente la frecuencia M2, por lo que debe existir solo en el componente M2. Las protuberancias aparecerían en M2 como magnitud constante de latitud y fase = 2 x longitud. Los datos globales de M2 no muestran esto. En cambio, las respuestas M2 están localizadas, circulando alrededor de océanos o países individuales, no de la Tierra.A diferencia de la marea marina, que es bastante compleja, como explican otras respuestas, la marea terrestre sólida (no tan sólida para esta parte) tiende a ser simple y la imagen de primer orden puede aproximarse razonablemente mediante la metáfora de "protuberancias" mencionada en la pregunta.
La marea de tierra sólida tiene una amplitud de ~1 pie típicamente y se puede ignorar de manera segura en la mayoría de las situaciones, incluida la topografía común. Esta es probablemente la razón por la cual la mayoría de las personas no son conscientes de este fenómeno. Sin embargo, es interesante darse cuenta de que su casa sube y baja unos treinta centímetros dos veces al día.
La entrada de wikipedia tiene una buena explicación y una referencia adicional.
El problema específico de su ubicación se responde parcialmente en los comentarios. Supongo que son las seis horas las que te resultan problemáticas.
Edite después de leer la respuesta principal de que hay muchas protuberancias debido a las condiciones de los límites del paisaje oceánico y la mecánica de fluidos.
¿Qué significa que un bulto, una marea alta de doce pies, viene del oeste, digamos a las 12:00 horas? El agua es succionada hacia el bulto. La protuberancia en el lado del océano cuando llegue al Reino Unido comenzará a absorber el agua alrededor de la isla. No hay tanta agua como en el lado del océano y el agua en el este baja mientras que el agua en el oeste sube. A medida que la atracción de la luna/sol pasa por la parte del Reino Unido y se mueve hacia el continente, habrá una pequeña elevación del agua en el canal, pero al mismo tiempo el agua que estaba formando la protuberancia en el oeste se está llenando de nuevo a equilibrio en el canal y habrá un pequeño efecto no realmente visible en menos de una hora mientras la protuberancia está pasando hacia el continente.
Es interesante saber que incluso la tierra sólida tiene protuberancias, llamadas mareas de tierra del orden de 40 a 50 cms de altura. Deben tenerse en cuenta para mantener los haces estables en el LHC.
Sí, la tierra tiene mareas altas en lados opuestos. Es por eso que las mareas altas se producen con una diferencia de 12 horas.
El momento de las mareas en lugares cercanos depende mucho de los accidentes geográficos locales. Probablemente puedas ver una buena gradación del tiempo de las mareas si observas las ciudades entre Holyhead y Whitby. El retraso puede ser diferente para las mareas altas y bajas. Las mareas se complican mucho cuando la geografía es complicada.
La explicación de las mareas dada por wikipedia y sus seguidores es falsa y es una pena que imágenes tan engañosas no hayan sido eliminadas y todavía se cite. En realidad no hay ningún abultamiento en correspondencia con la luna en ningún momento .
Me tomé la molestia de obtener las posiciones de la luna (y el sol) en la fecha que se muestra en la imagen gif citada:
(puedes consultar aquí ).
Los puntos rojos son los puntos de máxima elevación, los azules son el punto con elevación nula, mientras que en el gif original indican depresiones.
Puede ver fácilmente que nunca hay un bulto en correspondencia con la luna o delante de ella (que es la supuesta razón de la aceleración de la luna en su órbita), en realidad debe notar que la diferencia en la atracción de la gravedad donde está la luna en el cenit es solo una fracción de miliGal, y puede evaluar lo que significa si considera que la atracción g en diferentes lugares de la tierra puede diferir en 50mGals (debido a la latitud, la altitud, etc.).
No puede haber abultamiento cuando (la mayor parte del día) está sobre tierra, e incluso cuando está en los océanos no hay abultamiento : las elevaciones giran rápidamente hacia el norte guiadas por los puntos anfidrómicos y por las líneas de costa.
Sólo hay un abultamiento que sigue de cerca a la luna y que está en la Antártida. Esto sucede porque no hay obstáculos en su camino y porque (debido a la latitud) la velocidad tangencial de la tierra iguala la fase de la onda.
Las fotografías 1 y 4 (una encima de la otra a la izquierda) están tomadas con un retraso de 12 horas y muestran el único lugar donde hay 2 mareas (en ese día), y la marea antípoda se produce entre el sol y la luna. Para obtener una imagen más clara, también podemos mirar las mareas en una fecha (2000-1-6 18:00) cuando hay la marea más alta posible: luna en perigeo (6 de enero), luna nueva (a 90 ° W), luna en el Trópico de Capricornio, sobre los océanos la mayor parte del día:
Los datos de las elevaciones están tomados de esta animación a la 1:00. No he podido subir el fotograma congelado de 2000-1-6 18:00, si alguien puede, por favor agregue la imagen para que la verificación sea más fácil.
A menos que alguien pueda demostrar que he representado mal esos datos, puede ver fácilmente que todas las declaraciones en wiki o en la otra respuesta aquí y en una pregunta similar se prueban como falsas, sin fundamento, irreales.
Todos los mitos en torno a las protuberancias están rotos: en ambos lados de la luna solo hay depresiones, no hay posibilidad de equívoco, nada que pueda acelerar la luna en su órbita (en realidad es al revés, las depresiones solo pueden desacelerarla) , no hay marea antípoda (a 90° E) y las máximas se producen en lugares impredecibles e impredecibles, como se puede ver en la imagen.
El movimiento de las mareas es diferente en varios puntos geooceánicos de nuestro globo. El océano es agua que es fluida, a diferencia de las superficies terrestres expuestas en la tierra que, por supuesto, son rígidas; hasta el punto de que no es posible que el efecto de la luna atraiga la superficie terrestre a un bulto. Por lo tanto, la profundidad del océano se abultará en respuesta directa a la posición de la luna en relación con la Tierra. No obstante lo anterior, la profundidad del océano variará con alguna respuesta a otros efectos de la física de la temperatura del océano, debido a las fisuras oceánicas que liberan condiciones volcánicas que provocan un aumento de la temperatura del océano. Además, los movimientos de las placas tectónicas (terremotos) causarán efectos variables en las profundidades oceánicas, lo que puede interpretarse como una variación de las mareas provocada por la luna en algunos lugares.
La respuesta comienza al darse cuenta de que ninguna molécula de agua se mueve tan rápido como la luna se mueve alrededor de la tierra. Incluso si no hubiera masas de tierra en el camino y el planeta fuera todo agua, no hay manera de que una sola molécula de agua pueda moverse alrededor de la tierra lo suficientemente rápido como para seguir el ritmo de la luna (la circunferencia de la tierra = 24,000 millas en 12 horas, lo cual es de 2000 millas por hora!).
mi explicacion -
Todo lo que puede hacer una sola molécula de agua es una especie de deriva hacia la luna. Sin embargo, no puede derivar hacia la luna cuando está en Far Tidal Bulge (la tierra está en el camino), o en Near Tidal Bulge (los océanos rara vez vuelan).
Sin embargo, las moléculas de agua en los lados de la tierra (en el diagrama de arriba) PUEDEN moverse hacia la luna. Es posible que no se muevan muy lejos (supongo que es cierto número de millas/kilómetros), pero se mueven lo suficiente como para estirar el agua a los lados hacia el Near Tidal Bulge. Esta es la razón por la que el abultamiento de la marea cercana es más grande que el abultamiento de la marea lejana.
Puede ser útil pensar qué pasaría si la luna se moviera extremadamente despacio. En ese caso, el agua podría mantenerse a la altura de la luna y, creo, el Far Tidal Bulge sería pequeño o incluso desaparecería. O, si la luna se moviera extremadamente rápido, el agua no tendría tiempo de moverse significativamente entre órbitas, por lo que no habría mareas. Ahora mismo tenemos un caso entre esos dos extremos.
¡Excelente pregunta! Recuerdo que pensé que los libros estaban equivocados cuando vi esto por primera vez.
Editar: en el lado opuesto, aunque la gravedad es más débil allí debido a una R más grande en Fg = G m1 m2 / R ^ 2, esa explicación no me parece convincente. Mi explicación funciona incluso si el campo gravitatorio es constante, y la explicación 1/R^2 falla en el caso de una luna que gira extremadamente lentamente. Supongo que tendré que hacer números para probar esto, ya que esta no es la respuesta oficial.
David Richerby
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