Si el agua es esencialmente incompresible, ¿por qué hay mareas?

incompresible : no se puede comprimir.

compresible : en termodinámica y mecánica de fluidos, la compresibilidad es una medida del cambio de volumen relativo de un fluido o sólido como respuesta a un cambio de presión (o tensión media).

Entonces el agua no cambia su volumen. El mismo volumen de agua puede tomar muchas formas.

Cuando ninguna otra fuerza gravitacional excepto la de la tierra$1/r$El potencial actúa sobre los océanos, la superficie equipotencial está definida por el potencial único y los océanos se asientan en la forma del equipotencial . Debido a que la tierra no es realmente una esfera , estas superficies equipotenciales varían, pero la idea es la misma.

Cuando un oponente$1/r$potencial, como el potencial de la luna, es lo suficientemente fuerte en el momento$t$para agregar un$-1/r'$($r$desde el centro de la tierra,$r'$desde el centro de la luna), entonces la forma equipotencial en la que se asentará el agua se perturba en ese momento de máxima aproximación.

Esto es lo que da la solución del problema:

Figura 2: El campo diferencial de gravedad de la Luna en la superficie de la Tierra se conoce (junto con otro efecto diferencial más débil debido al Sol) como la Fuerza Generadora de Marea. Este es el mecanismo principal que impulsa la acción de las mareas, lo que explica dos abultamientos equipotenciales de marea y explica dos mareas altas por día. En esta figura, la Tierra es el círculo azul central mientras que la Luna está muy lejos a la derecha. La dirección hacia afuera de las flechas a la derecha y a la izquierda indica que donde la Luna está arriba (o en el nadir) su fuerza perturbadora se opone a la que existe entre la tierra y el océano.

Entonces, es la capacidad del agua para cambiar de forma lo que genera protuberancias, y el movimiento de la luna que cambia en el tiempo mueve estas protuberancias con respecto a la tierra.

Tenga en cuenta que también existen mareas de tierra , es decir, el suelo también se abomba en la medida en que la elasticidad de los sólidos que lo componen lo permite. También tenga en cuenta que las mareas de agua pueden aparecer de manera diferente en diferentes lugares debido a la geología del fondo del océano y los límites terrestres, y simplemente porque el agua es un fluido y obedece a ecuaciones de flujo de fluidos.

Creo que has partido de una imagen de las mareas haciendo que el agua suba y baje, que es una imagen natural, pero está mal: no es así. Si esa imagen fuera correcta, debería poder medir las mareas simplemente cavando un pozo profundo.

Lo que sucede es que la influencia de la luna (y el sol) cambia la forma de lo que se entiende por "nivel": técnicamente, la superficie equipotencial , la superficie donde la energía potencial gravitacional es igual en todo el planeta. La foto de Anna V es la que hay que mirar aquí.

A nivel local, este cambio de forma global se traduce en una inclinación. Un trozo de mar o lago que estaba nivelado hace unas horas ahora siente que ya no está nivelado, porque la superficie equipotencial se ha movido (siguiendo a la luna). Entonces, su agua hace lo que hace cualquier agua en esas circunstancias, que fluye lateralmente de "alto" a "bajo" hasta que se nivela según la nueva definición. Y el agua no tiene que ser comprimible para fluir hacia los lados.

Un buen modelo de esto es tomar una gran bandeja plana y poco profunda y llenarla hasta la mitad con agua. Luego inclínelo de lado a lado. La superficie del agua terminará horizontal (porque esa es la superficie equipotencial en su experimento), pero no lo hará estirándose hacia arriba y hacia abajo, sino chapoteando de un lado al otro. (La diferencia aquí es que la bandeja se mueve con respecto a la superficie equipotencial, en lugar de que la superficie equipotencial se mueva con respecto a la Tierra, pero el efecto es el mismo).

El chapoteo del agua en la bandeja a medida que la mueves también es importante para las mareas. La diferencia de altura entre la marea alta y la marea baja en un océano perfectamente sin fricción y sin inercia es de sólo 18 pulgadas aproximadamente. El hecho de que tengamos mareas mucho más grandes en la vida real se debe al chapoteo del agua real en los fondos marinos y a las costas redondas de formas interesantes.

Las mareas son la resultante de la atracción de la tierra (efecto mayor), la luna (secundaria) y el sol. La influencia de otros planetas puede ser despreciada. La posición de la luna (y del sol) provoca una ligera variación en las superficies equipotenciales de la tierra, y el agua como líquido tiende naturalmente a seguir una superficie equipotencial. ¡Por supuesto que esas variaciones están por sí solas lejos de mover la superficie equipotencial por metros! Pero aquí viene el fenómeno de la resonancia: el agua es jalada hacia el oeste, luego hacia el este y se comporta como una pelota en un bol: cuando aplicas pequeñas fuerzas a la pelota pero en la dirección adecuada cuando se mueve, la verás ir. más y más alto en cada paso, hasta que la fricción lo equilibre todo.

Eso es exactamente lo que sucede con las mareas oceánicas, y esta es la razón por la que solo se puede observar en grandes océanos y no en mares pequeños cerrados.

Muchas de estas respuestas esperan que sepas mucho sobre cómo funciona la gravedad. A partir de estos, logré llegar a la respuesta, y en esta publicación intentaré reducirlo a mi nivel.

Para empezar, me gustaría que imagines una bandeja o una lata de galletas vacía, algo con una base plana y bordes. Ahora imagine que vierte agua en esta bandeja (no dude en verter agua en una lata de galletas vacía si lo desea; solo recuerde, a nadie le gustan las galletas empapadas)

Ahora bien, si deja esta bandeja en una superficie nivelada, como una mesa, el agua permanece quieta (más o menos). ¿Qué mantiene el agua ahí? Ok, entonces sabes que es la gravedad. Muy fácil, la gravedad está tirando de todo hacia el centro de la tierra.

¿Alguna vez has visto la analogía de la gravedad, donde estiras una sábana y pones una bola grande en el medio? La idea es que puedes ver cómo los satélites orbitan la tierra haciendo rodar pelotas de ping-pong alrededor de la sábana. No es perfecto: tienes que imaginar que todo es 2D, como si lo estuvieras viendo desde arriba.

Imaginemos que nuestra lámina está hecha de plástico y, junto con la pelota, echamos un poco de agua. El agua se acumula en el medio, atraída por nuestra pelota, y se deja reposar. Al igual que nuestra bandeja llena de agua, el agua intenta moverse hasta el punto medio de nuestra bola y se detiene cuando llega a una superficie que no puede penetrar.

Ahora, a medida que hacemos rodar las pelotas de ping pong, la forma del plástico cambia, y como las pelotas de ping pong hacen sus propias abolladuras en el plástico, el agua no es tan atraída por la pelota. Todavía se pega a la bola grande, pero a medida que las bolas pequeñas se acercan, parte del agua se mueve ligeramente.

Tenga en cuenta aquí lo que no está sucediendo: el volumen de agua no cambia en ningún momento. El agua simplemente se mueve de una parte de la hoja a otra. Al igual que si inclino mi bandeja ligeramente, el agua en un lado de la bandeja será más espesa y el agua en el otro lado será más delgada. El lado delgado no es más denso; mi bandeja simplemente no está nivelada.

Anteriormente pregunté qué estaba reteniendo el agua en el fondo de la bandeja. Intentemos una pregunta un poco menos obvia: ¿Cómo sabes que tu mesa está nivelada?

¿Cómo definimos "nivel"? Verás, vamos por la vida confundiendo causas y efectos. Por ejemplo, pensamos que los objetos "tienen un color", cuando en realidad simplemente absorben luz de otro color. Observamos que un objeto "se mueve rápido", cuando en realidad la tierra está girando a través de un universo en rápida expansión, cualquier velocidad que asignemos a un objeto es minúscula en comparación.

Cuando decimos "Esta mesa está nivelada", estamos diciendo que la superficie es perpendicular a la atracción de la gravedad, es decir, si la gravedad tira hacia abajo, entonces la mesa se estira en ángulo recto con respecto a la atracción de la gravedad. Sin embargo, esto supone que la atracción de la gravedad es exactamente la misma en todos los puntos de la mesa. Si tuviéramos alguna fuente gravitacional sobre un extremo de una mesa larga, entonces la mesa ya no estaría "nivelada", al menos, no de acuerdo con nuestro nivel de burbuja.

Entonces propongo que la respuesta a su pregunta se encuentra en una suposición errónea fundamental: si la superficie de una piscina de agua tranquila está "nivelada", es porque no hay suficiente diferencia en la gravedad de un extremo al otro. Las olas son causadas por la luna que cambia la definición misma de una superficie plana , y el agua simplemente está tratando de alcanzarlas.