¿La Tierra realmente tiene dos protuberancias de marea alta en lados opuestos?

Lo que tiene sentido: fuerzas de marea

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.

La parte que no tiene sentido: las protuberancias de las mareas

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...

Protuberancias de marea

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.

Las mareas en las Islas Británicas son muy complicadas. Están fuertemente afectados por el agua que tiene que fluir a través del Mar de Irlanda, el Canal de la Mancha y el Mar del Norte, que es bastante poco profundo. Las mareas en Liverpool y el estuario del Severn se ven agravadas por la resonancia; Southampton tiene una marea extraña (¿única?) de dos picos debido a las interacciones alrededor de la Isla de Wight. Eso de ninguna manera invalida la pregunta (+1!); solo significa que el Reino Unido no es un gran ejemplo para usar.
El "bulto" como se dibuja es una superficie equipotencial. La forma en que el agua se mueve en respuesta a esto (donde hay un gradiente en la superficie, habrá una fuerza sobre el agua) depende de la geografía del "contenedor" del agua (tanto la profundidad como las líneas costeras). "Es complicado".
Hola @Floris, creo que la superficie (muy exagerada) podría verse así. Sin embargo, esa no es la explicación que se da con frecuencia. Una búsqueda en la web, y las respuestas aquí, lo confirman una y otra vez. Creo que muchas personas operan bajo la idea de que la teoría del abultamiento de las mareas es correcta, con solo algunos ajustes necesarios para los continentes y demás; ciertamente solía hacerlo. La realidad es: es una tontería. No podría ser más ampliamente rechazado por la evidencia en las mediciones. En mi opinión, simplemente causa confusión y debe rechazarse por completo, incluso como una herramienta de exposición.
@DavidRicherby He agregado otro ejemplo de Nueva Zelanda. Gracias.
@user104372 Hola: la respuesta aceptada y espectacularmente completa ha estado vigente durante más de dos años. Noté que tu nueva respuesta se agregó hace unos días. Me gusta el detalle que agrega y, por lo que puedo ver, está de acuerdo con la respuesta existente de "no hay bultos". Con respeto, aunque aprecio ese detalle adicional, no es tan completo como la respuesta existente por cierta distancia. Estoy feliz de revisar la aceptación en el futuro si eso cambia. Gracias.
@Benjohn, ... sin detalles adicionales, es la primera descripción real precisa de las mareas y refuta muchas afirmaciones de la respuesta aceptada, como los ciclos de 12 h, etc. Pero lo que es más relevante, refuta la teoría subyacente de que las mareas se transfieren momento angular desde el giro de la tierra hasta el orbital lunar AM.
¿Cómo son seis horas 180 grados cuando la tierra gira 360 grados en 24 horas?
Hola @phoog, la "función forzada" más significativa que influye en las mareas es el campo gravitacional de la luna cuando la Tierra gira debajo de ella. A medida que la luna orbita el centro de la Tierra, el agua más cercana a la luna (mirando hacia la luna) es atraída hacia ella, y el agua más alejada de la luna (mirando hacia el otro lado) se aleja efectivamente de ella. Entonces, el período de la función de forzamiento es de 12 horas, en lugar de 24. 180º de esta onda sinusoidal pasa en 6 horas.

Respuestas (8)

No hay abultamiento de marea.

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.

¿Por qué no hay un bulto?

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 gramo d , dónde d 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.

¿Cuál es el modelo correcto?

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.

Imágenes

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.

la fuerza de marea

La aceleración de la marea debido a la Luna representada en puntos en un gran círculo de la Tierra. La aceleración de las mareas en un punto de la superficie es la diferencia vectorial entre la aceleración gravitacional en ese punto hacia la Luna y la aceleración gravitatoria de la Tierra hacia la Luna. Esto apunta hacia afuera en el punto subluna y su antípoda, pero hacia adentro con la mitad de la magnitud donde la Luna está en el horizonte.
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.

La respuesta global de las mareas M 2

La respuesta a la función de fuerza de marea comprende varias frecuencias diferentes. El componente con la mayor respuesta, por más de un factor de dos, es la marea lunar semidiurna, designada como "M2" por George Darwin. Esta imagen utiliza colores para representar la amplitud de la respuesta de las mareas M2 en todo el mundo. Las características clave son los puntos anfidrómicos, los lugares donde el componente M2 es cero, las líneas cotidales que emanan de estos puntos anfidrómicos y las direcciones en las que estas líneas cotidales giran alrededor de los puntos anfidrómicos.
Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/File:M2_tidal_constituent.jpg


![GIF animado que muestra las elevaciones del océano en el transcurso de un día, medidas desde el espacio por el altímetro de radar TOPEX/Poseidon. Dado que domina el componente M2 de las mareas, las respuestas que se ven en esta imagen en la mayoría de los lugares muestran dos mareas altas por día.](https://i.imgur.com/hF0Nrs2.gif) Fuente: http://volkov. oce.orst.edu/tides/global.html

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.

La respuesta de las mareas M2 en el Mar del Norte

¡Las mareas en el Mar del Norte son una locura! Hay dos puntos anfidrómicos en el Mar del Norte y más un punto anfidrómico parcial cerca de la punta de Noruega. La imagen muestra las líneas cotidales en rojo y las líneas de igual amplitud en azul.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.

Flujo de energía del maremoto lunar semidiurno (M2)

Imagen que representa el flujo de energía del componente de marea M2. Véase el texto a continuación.
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".

Discusiones extendidas basadas en comentarios

(... 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,

  • Como es el caso con cualquier oscilador armónico, la respuesta de impulso es informativa de la respuesta a una fuerza impulsora cíclica.
  • Los tsunamis están sujetos al efecto Coriolis. El efecto es pequeño, pero presente. La razón por la que es pequeño es porque los tsunamis son, en su mayor parte, eventos a corto plazo en relación con la tasa de rotación de la Tierra. El efecto Coriolis se hace evidente en la respuesta a largo plazo de los océanos a un tsunami. La topografía es mucho más importante para un tsunami.

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.

Este artículo de wikipedia tiene buenas imágenes sobre estos puntos anfidrómicos.
Hola David, muchas gracias, creo que tu respuesta es excelente. Encontré una animación de solo el componente M2 esta mañana (el componente de Fourier que creo que contendría por completo las protuberancias de marea hipotéticas). Me preguntaba si podría funcionar en su respuesta. Creo que proporciona un sorprendente rechazo de la hipótesis.
La mayoría de sus argumentos en contra de Newton ignoran la contribución del sol a las mareas, que es aproximadamente el 44% hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tide.html , por lo que las mareas nunca seguirían a la luna, incluso si la tierra fuera toda agua.
Hola @annav, esta animación en bucle muestra solo el componente de las mareas del período de medio día impulsado por la luna , etiquetado como "M2". Otros componentes de las mareas se superponen encima de esto, como usted dice, pero creo que este único componente contendría las protuberancias de las mareas debido a la Luna si existieran. Los mostraría completamente desenmascarados por otras influencias. Incluso en las áreas libres de obstáculos de mar abierto cerca de los polos (donde las fuerzas de las mareas son, por supuesto, más débiles), no hay evidencia del par de protuberancias.
No dudo de la complejidad que surge de todos los demás factores en el volumen líquido de los océanos; el bulto es una descripción simplificada. Me pregunto si las mareas terrestres serán la representación gravitacional más precisa. Sé que los tienen en cuenta en el LHC.
@annav: esta pregunta se refería a las mareas oceánicas, no a las mareas terrestres. Son las mareas terrestres las que tiene en cuenta el LHC. Las mareas terrestres tienen un efecto observable en el tiempo de los relojes atómicos, la orientación de los telescopios de milisegundos de arco, las órbitas de los satélites en la órbita terrestre baja, etc. El comportamiento de las mareas terrestres es cercano al newtoniano. Pero no las mareas del océano.
"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". Las cartas de navegación del estrecho de Puget y áreas similares en realidad tienen anotaciones para las compensaciones locales de las mareas teóricas.
@dmckee: esas compensaciones son una parte integral de la teoría dinámica de las mareas. Mira la imagen de la NASA. Esas curvas blancas que emanan de los puntos anfidrómicos son líneas comareales , curvas a lo largo de las cuales se producen al mismo tiempo la marea alta y la marea baja debido a la componente de marea M2.
Mucho de lo que dices tiene sentido, pero no estoy de acuerdo con esa parte que comienza "Si existiera la protuberancia de la marea, formaría una onda con una longitud de onda de la mitad de la circunferencia de la Tierra". Argumentar que la velocidad de desplazamiento de un "bulto de marea" no coincide con la velocidad de propagación de la onda solo muestra que el sistema no puede resonar a la frecuencia a la que lo impulsa la Luna. ¡Lo cual es muy afortunado! En un sistema esféricamente simétrico (sin continentes) habría protuberancias, simplemente no se propagarían como ondas. Un sistema oscilará cuando se maneje a cualquier frecuencia, pero no con mucha fuerza.
@David. Lo estaba ofreciendo como algo que sería fácil para (un cierto subconjunto de) lectores buscar por sí mismos para ver los efectos a medida que se aplican alrededor de su ubicación.
@dmckee Consideraría que esas medidas son compensaciones locales de la función de forzamiento, en lugar de una "marea teórica". Mirando globalmente, la necesidad de patrones de compensación localizados en todas partes muestra que mientras la función de forzamiento es muy real, la "marea teórica" ​​no lo es.
@MarcvanLeeuwen Me intrigaría ver un planeta cubierto de agua circularmente simétrico modelado con la profundidad del océano como variable en el modelo. Especulo que bajo estas condiciones ideales de formación de protuberancias, las respuestas de mayor frecuencia a la función impulsora podrían tener una resonancia mayor que la respuesta fundamental a la función impulsora. Tal vez para muchas profundidades oceánicas de planetas ideales, un par de protuberancias alineadas con la función impulsora aún podría ser un modelo pobre.
Si eso es una simplificación excesiva, ¿cómo se describe correctamente la aceleración de las mareas ? Wikipedia utiliza ampliamente el modelo de la protuberancia
@Ralph: Wikipedia también tiene un artículo sobre Mentiras a los niños . La explicación de la corneta de marea es una mentira para los niños. Una explicación de la aceleración de las mareas: Conservación del momento angular. ¿Es realmente necesario un mecanismo detallado? Ciertamente existe, pero ¡a quién le importa! Una de las sutilezas de invocar las leyes de conservación es que ocultan la necesidad de un mecanismo debajo de la alfombra. Es cierto que eso no es tan satisfactorio, pero, de nuevo, tampoco lo son las mentiras para los niños. (Continuado)
Si no quiere una "mentira a los niños", la respuesta será bastante compleja y también más que un poco empírica. Si observa las imágenes (agregué una nueva sobre la transferencia de energía solo para responder a su pregunta), verá asimetrías en esos sistemas anfidrómicos y también verá la transferencia de energía (también conocida como flujo de agua) entre los sistemas anfidrómicos. Puede interpretar esas asimetrías y transferencias de energía como una representación de una "protuberancia de marea neta". O no. Simplemente puede decir que existe un mecanismo gracias a la conservación del momento angular. (Continuado)
Los investigadores en el campo no se preocupan particularmente por un mecanismo detallado que explique la transferencia del momento angular de la Tierra a la Luna. Están más preocupados por lo que las observaciones de la recesión de la Luna nos dicen sobre la disipación de las mareas, y lo que las paleoobservaciones de la duración del día nos dicen sobre la disipación (y algunas otras cosas interesantes, como si la constante de gravitación de Newton y la velocidad de la luz son realmente constantes). ).
¿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?
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.
@BenCrowell En su última línea, escribe " el equipotencial es casi del tamaño correcto para explicar las alturas observadas de las mareas ". Pero, ¿no varía enormemente la amplitud de las mareas de un lugar a otro?
Si la velocidad de rotación del planeta fuera mucho más lenta (por ejemplo, una vez cada 10 días), ¿el agua tendería a adoptar las formas indicadas por el modelo newtoniano? Si es así, no llamaría mentira al modelo, sino que simplemente diría que en un momento dado el agua será empujada hacia la forma que indica, pero que debido a que el agua tiene inercia y viscosidad, su comportamiento real se retrasará. Las variaciones en profundidad y la existencia de continentes harán que diferentes lugares se retrasen en diferentes cantidades. Para usar una analogía aproximada, la energía solar máxima se recibe en el solsticio de verano; el hecho de que el...
... el día más caluroso del año llega más tarde no significa que la "teoría" sobre la inclinación de la Tierra que causa las estaciones sea incorrecta; simplemente significa que la temperatura de un punto de la Tierra al mediodía de un día determinado no es solo es una función de la cantidad de energía que recibe ese lugar en ese momento, pero también es una función de la cantidad que este y otros lugares cercanos han recibido en un pasado moderadamente reciente.
El artículo de Wikipedia de @DavidHammen sobre las mareas es increíblemente incorrecto. ¿Alguien aquí podría editarlo? en.m.wikipedia.org/wiki/Tide
@DavidHammen ¡Genial! He hecho una pregunta de seguimiento
¿Ha notado un interés renovado aquí después de una larga pausa? Me pregunto si se ha mencionado en alguna parte. ¡Muy genial!
@Benjohn Está vinculado a los comentarios sobre esta pregunta de Hot Networks
@Benjohn: escribí en el meta de otro sitio de SE sobre la dependencia excesiva de las imágenes, lo que hace que el sitio no sea accesible. Luego escribí como comentario a mi pregunta, que debería corregir esta respuesta. Así que lo arreglé (espero). El texto alternativo que escribí es invisible para mí, así que escribí una solicitud de función menor en meta.SE y la vinculé a esta respuesta. La solicitud no fue bien recibida. Un efecto secundario es que esta pregunta llegó a la lista de redes populares. Mucho más importante para mí, es obvio para mí que toda la red SE/SO tiene problemas de accesibilidad (e incluso peor, problemas de sesgo).
@DavidHammen Ya veo. Es realmente desafortunado que la solicitud no haya sido bien recibida :-(
Buena respuesta, pero ¿quién está realmente tomando literalmente el dibujo del huevo como representante de los hechos reales sino los niños? Lo cual creo que es un buen punto de partida. Lo que me gustaría abordar es que muchos libros y maestros, así como instituciones de renombre, lo enseñan incorrectamente. Por ejemplo, atribuir el levantamiento lejano como debido a la fuerza centrífuga... Cuando era niño, estaba desconcertado por qué esa fuerza actuaría solo en el bulto opuesto y no en todo el mundo :)
@Alchimista Aún más molesto, esa supuesta fuerza centrífuga no es una fuerza centrífuga. Después de pasar por los intrincados argumentos de qué es esa fuerza, resulta ser el resultado de trabajar en un marco de referencia acelerado. Más molesto aún, esa misma fuerza también explica el bulto en la parte frontal; esto es completamente ignorado. Alternativamente, uno podría simplemente ver la gravitación como la única causa de la protuberancia en ambos lados. Aparentemente, los textos modernos enseñan esto en lugar de esa fuerza centrífuga. Que enseñen sobre el abultamiento de la marea inexistente es un tema diferente.
La imagen de la cuenca del Mar del Norte se ha roto y su enlace también está muerto (específicamente, 404). Además, no puedo llegar a la animación del tsunami de Indonesia, la página se cierra antes de que se abra.
Algunos de los enlaces GIF están en mal estado.

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.

No creo que lo que dices sobre los armónicos se sostenga como evidencia. Si bien los armónicos del efecto de conducción hacen que la situación sea aún más compleja, solo el primer componente de Fourier en el período fundamental de la luna no muestra evidencia de las protuberancias de las mareas. Aquí se puede encontrar una animación que muestra la fundamental de la luna sin ningún otro armónico .
Con respeto, no estoy de acuerdo. Vea las referencias citadas en el artículo de Wikipedia que agregué a mi respuesta como enlace.
Gracias. Según tengo entendido, G. Darwin desarrolló el enfoque armónico para la predicción, usando análisis numérico en el dominio de frecuencia de Fourier. Sus mnemotécnicos para los períodos de forzamiento siguen en uso. M2es 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.
Alguien mucho más hábil con las herramientas de análisis numérico que yo podría calcular la energía total de la "característica abultada" presente en la respuesta M2 de los datos de mareas globales medidos . Sospecho que sería una pequeña fracción sin más apoyo probatorio que una variedad de otros patrones uniformes ajustados a los datos.

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.

Si bien esto proporciona buena información sobre el tema (+1), en realidad no responde a la pregunta: "[...] ¿tener simultáneamente una marea alta en un lado y una marea baja en el otro?" (-1). Así que un +0 neto de mi parte.
Esta es una información realmente interesante más allá de la pregunta, me alegro de que la hayas agregado, gracias (+1).

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.

Pero Holyhead necesitaría estar en la parte superior del bulto mientras que Whitby está en la parte inferior. Eso los ubicaría a 10,000 km de distancia (90º alrededor del ecuador del mundo, aunque Gran Bretaña no está en el ecuador), pero Google Maps dice que la distancia es de solo 383 km en auto.
Tienes una ola de agua de período muy largo, que tiene que fluir a través de los canales y alrededor de la isla. Los abultamientos que ves serían válidos para un planeta totalmente cubierto por agua. De hecho, la ola se acumula en la costa oeste de un océano, lo que provoca mareas mucho más altas en un lado del océano que en otro. A medida que la marea sube por los ríos, localmente puede retrasarse mucho más de 12 horas.
Pararse cerca de un punto angosto que conecta dos cuerpos de agua sustanciales puede ser instructivo. Observé el agua corriendo a través de un estrecho canal entre dos islas cerca de la desembocadura del estrecho de Puget no hace mucho tiempo. Emocionante. Y deja claro que la topología puede inducir retrasos sustanciales en las mareas.

La teoría de las mareas y la transferencia del momento angular a la luna es falsa.

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:

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí(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:

ingrese la descripción de la imagen aquí

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.

Hola, ¿querrías ampliar dónde está el contraste entre tu propia respuesta y la aceptada , ya que afirmas que es inexacta?
@Benjohn, para comprender qué significa la respuesta aceptada, debe leer su respuesta aquí , donde se explican todas las consecuencias de su teoría. Su pregunta es escéptica, así que no se deje engañar por el reconocimiento obvio de que las protuberancias son ficticias. Si tienes más dudas, solo pregunta
@Benjohn: Si bien esa respuesta es incorrecta en varios lugares, hay una simple oración incorrecta: "La Luna es la fuerza dominante con respecto a las mareas". . Esta frase es tan abundante en internet que cuesta tanto darse cuenta de que no tiene explicación . Las explicaciones explican principalmente la correlación. En ninguna parte se explica cómo la atracción de la Luna está causando la marea.
@user104372: He dado la respuesta completa a la causa de las mareas al final de mi pregunta original ahora. Puedes investigarlo y hacerme preguntas, si quieres. No prometo que pueda responderlas todas, pero lo intentaré.
@user104372: Una buena validación será que confirmará las observaciones con precisión.
@displayName, la explicación dada en Astronomy es risible: " la prueba es el teorema de Noether. Otra prueba: la gravitación es una fuerza central. Mientras que la fuerza gravitacional entre dos objetos de forma arbitraria no obedece necesariamente F → = GRAMO METRO 1 METRO 2 / r 3 r → , esto se aplica a las interacciones gravitatorias individuales entre cada una de las piezas infinitesimalmente pequeñas del objeto 1 con cada una de las piezas infinitesimalmente pequeñas del objeto 2. Las fuerzas centrales que obedecen la tercera ley de Newton siempre conservan el momento lineal, el momento angular y la energía mecánica. "
Respondí : " eso es un concepto muy erróneo (incluso al nivel de un colegial). ¿Estás diciendo que un teorema gobierna o justifica la realidad, estás bromeando? Ninguno tiene menos poder en Física que el de Pitágoras, ¡es solo un teorema!. Teoría, las matemáticas ayudan a describir la realidad de una manera formal/sintética, no para imponer una ley. Haces una hipótesis para explicar fenómenos reales, y luego elaboras fórmulas, teoremas, etc. para aproximar, explicar y prever patrones de comportamiento ” .
@user104372: También tuve una conversación con él . Al final, entendí que él no tiene una respuesta (no es que haya nada malo, se supone que no tiene todas las respuestas).
@displayName, por supuesto que no puede probar su teoría falsa, se retractó cuando descubrí su farol y lo desafié aquí , y se aseguró de que mi pregunta estuviera cerrada. No me atreví a ofrecer la de Noether como prueba.
Esta respuesta es muy, muy incorrecta. ¿Por qué todos los votos a favor? Esta respuesta malinterpreta el significado de los puntos azules en el diagrama y asume que los datos de un día de un modelo de fidelidad moderada son suficientes para disipar la noción de que las fuerzas de marea no son responsables de la desaceleración de la tasa de rotación de la Tierra y la recesión de la órbita de la Luna. Las fuerzas de marea son el agente responsable.

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.

¡Bienvenido a Física SE! Proporcionó información interesante, pero no respondió la pregunta "¿La Tierra realmente tiene dos protuberancias de marea alta en lados opuestos?" Adivinaste que tiene algo que ver con los movimientos de las placas tectónicas, pero no diste una referencia para subrayarlo. De todos modos bienvenido :)

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.

¿La Tierra realmente tiene dos protuberancias de marea alta en lados opuestos?
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