Αν ζείτε ή έχετε επισκεφτεί κάποια παραθαλάσσια περιοχή τότε σίγουρα έχετε παρατηρήσει το εντυπωσιακό φαινόμενο της παλίρροιας,  την άνοδο και την κάθοδο δηλαδή του επιπέδου της στάθμης της θάλασσας.  Τι είναι όμως η παλίρροια και πώς προκαλείται;  Η παλίρροια είναι ο όρος που χρησιμοποιούμε για την εναλλασσόμενη χρονικά άνοδο και κάθοδο του επιπέδου της στάθμης της θάλασσας,  την οποία άνοδο ονομάζουμε πλημμυρίδα και την κάθοδό ονομάζουμε άμπωτη.  Αλλά για να κατανοήσουμε το φαινόμενο της παλίρροιας θα πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τις παλιρροϊκές δυνάμεις και για να γίνει αυτό θα ξεκινήσουμε από την βαρύτητα.

https://youtu.be/aGBnCqRo7Ng

ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑΣ ΕΛΞΗΣ ΚΑΙ ΠΑΛΙΡΡΟΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ

Το 1687 ο φυσικός Ισαάκ Νεύτων  δημοσιεύει το περίφημο έργο του principia μέσα στο οποίο αναφέρει πως μεταξύ όλων των αντικειμένων που υπάρχουν σε αυτό τον κόσμο αναπτύσσεται μία δύναμη, μία βαρυτική ελκτική δύναμη.  Ο καθολικός νόμος της βαρύτητας δηλώνει πως η δύναμη της βαρύτητας είναι ανάλογη των μαζών των δύο σωμάτων και αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης.  Μία σημαντική λεπτομέρεια για όσα θα πούμε είναι πως την απόσταση αυτήν την μετράμε από το κέντρο μάζας ενός αντικειμένου και όχι από την επιφάνεια του.  Ας ξεκινήσουμε με ένα κάπως περίεργο παράδειγμα προκειμένου να κατανοήσουμε την παλιρροϊκή δύναμη. Θέλω αρχικά να φανταστείτε τον εαυτό σας να στέκεται όρθιος πάνω στην επιφάνεια της γης.  Το σίγουρο είναι πως μεταξύ εσάς και της γης αναπτύσσεται μία ελκτική βαρυτική δύναμη που μπορώ να την υπολογίσω εάν χρησιμοποιήσω τον μαθηματικό τύπο που διατύπωσε ο κύριος Νεύτωνας και μας λέει πως αυτή η δύναμη είναι ίση με το γινόμενο της μάζας ενός σώματος επί της μάζας του άλλου σώματος  προς την μεταξύ τους απόσταση στο τετράγωνο και όλο αυτό πολλαπλασιασμένο  με την σταθερά της παγκόσμιας έλξης.  Είπαμε επίσης πως η  απόσταση μετράει από το κέντρο μάζας του αντικειμένου. το κέντρο της γης. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα η ακτίνα της γης είναι 6.400 χιλιόμετρα οπότε θα μπορούσαμε να κάνουμε υπολογισμούς και να δούμε πόση είναι η δύναμη που δεχόμαστε από την Γη. Η ερώτηση που θα θέσουμε είναι η εξής:  η δύναμη που δέχεται στα πόδια σας είναι ίδια με την δύναμη που δέχεται στο κεφάλι σας; Στην πραγματικότητα όχι,  διότι η απόσταση του παρονομαστή είναι διαφορετική.  Αν υποθέσουμε πως το ύψος σας είναι δύο μέτρα τότε στο παρανομαστή στην πρώτη περίπτωση στα πόδια σας θα βάλετε 6.400 χιλιόμετρα ενώ στη δεύτερη περίπτωση στο κεφάλι σας θα βάλετε στο παρανομαστή 6400 χιλιόμετρα  και δύο μέτρα.  Βέβαια αυτή η προσθήκη των δύο επιπλέον μέτρων είναι απειροελάχιστη μπροστά στα 6400 χιλιόμετρα , πράγμα το οποίο σημαίνει ότι η δύναμη που ασκείται στα πόδια σας με την δύναμη που ασκείται στο κεφάλι σας είναι πρακτικά η ίδια. Για αυτό ας κάνουμε λίγο πιο αστείο το παράδειγμά μας.  Θέλω να φανταστείτε πως είστε ένας υπέρ-γίγαντας ύψους 10 χιλιομέτρων.  Σε αυτή την περίπτωση λοιπόν η ελκτική δύναμη που ασκείται στα πόδια σας είναι μεγαλύτερη από την ελκτική δύναμη που ασκείται στο κεφάλι σας διότι στην περίπτωση των ποδιών σας ο παρανομαστής θα είναι μικρότερος και η σχέση που έχει ο παρανομαστής με την ελκτική βαρυτική δύναμη είναι ότι είναι αντιστρόφως ανάλογα ποσά.  Άρα λοιπόν όσο μικρότερη είναι η απόσταση τόσο μεγαλύτερη θα είναι η δύναμη.  Σε αυτήν την περίπτωση λοιπόν η δύναμη που ασκείται στα πόδια σας είναι μεγαλύτερη από την δύναμη που ασκείται στο κεφάλι σας.

ΠΑΛΙΡΡΟΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ

Αυτή η διαφορά δύναμης είναι που ονομάζουμε παλιρροϊκή δύναμη.  Και τι νιώθετε σε αυτή την περίπτωση νιώθετε ένα στρεσάρισμα προς τα κάτω σαν κάποιος δηλαδή να προσπαθεί να σας ξεχειλώσει, να σας επιμηκύνει, να σας παραμόρφωση προς την κάτω μεριά. Η παλίρροια  λοιπόν που θα μελετήσουμε σε λίγο οφείλεται στη διαφορά των δυνάμεων και όχι σε αυτή καθεαυτή την βαρυτική έλξη.  Ένα πολύ συχνό λάθος που κάνουμε επίσης είναι να θεωρούμε πως οι παλίρροιες οφείλονται κατεξοχήν στον δορυφόρο μας, την σελήνη.  Στην πραγματικότητα όμως το φαινόμενο της παλίρροιας το  διαμορφώνουν τόσο η σελήνη όσο και ο ήλιος.  Βέβαια τον καθοριστικότερο ρόλο τον παίζει η σελήνη διότι οι παλιρροϊκές δυνάμεις  που ασκεί στην γη είναι περίπου διπλάσιες  σε σχέση με αυτές που ασκεί ο ήλιος.

 

ΠΑΛΙΡΡΟΙΑ

Πάμε να ξεκινήσουμε λοιπόν με την επεξήγηση του φαινομένου εξετάζοντας αρχικά μόνο την γη και τη σελήνη και στη συνέχεια θα βάλουμε στο κόλπο και τον ήλιο.  Η διάμετρος της γης είναι περίπου 13.000 χιλιόμετρα κάτι που κάνει τις βαρυτικές ελκτικές δυνάμεις που ασκεί η σελήνη στην γη  να έχουν όντως διαφορά στις δύο αντιδιαμετρικες  πλευρές, με τη μία πλευρά να είναι αυτή που βρίσκεται πλησιέστερα σε αυτήν και την αντιδιαμετρική της να είναι αυτή που βρίσκεται μακρύτερα από αυτήν.  Η πλευρά της γης που κοιτάει το φεγγάρι έλκεται ισχυρότερα σε  σχέση με την άλλη πλευρά άρα λοιπόν η παλιρροϊκή δύναμη  που αναπτύσσεται είναι αρκετά μεγάλη.  Και τι προκαλεί μία παλιρροϊκή δύναμη;  Ένα στρετσάρισμα,  μία επιμήκυνση,  μία παραμόρφωση πάνω στην γη. Προκαλώντας κατά αυτόν τον τρόπο δύο εξογκώματα,  δύο υδάτινα εξογκώματα πάνω στην επιφάνεια της γης. Αν τώρα έχουμε μία παραλία η οποία θα βρίσκεται στο σημείο α  στο σημείο διόγκωσης των υδάτων τότε βιώνουμε μία πλημμυρίδα και αν η παραλία μας βρίσκεται σε κάποια από τις μεριές όπου οι παλιρροϊκές  δυνάμεις είναι μικρότερες τότε έχουμε καθόλου των υδάτων δηλαδή μία άμπωτη.  Κοιτάξτε τι γίνεται όμως τώρα; Η γη περιστρέφεται όπως φυσικά γνωρίζουμε γύρω από τον άξονα της κάθε 24 ώρες.  Οπότε ας υποθέσουμε πως βρισκόμαστε αρχικά σε ένα σημείο πάνω στη νοητή γραμμή γης-σελήνης με αποτέλεσμα να βιώνουμε μία πλημμυρίδα,  έπειτα από έξι ώρες όμως θα έχουμε περιστραφεί κατά το ένα τέταρτο άρα θα βρεθούμε σε μία περιοχή όπου υπάρχει άμπωτη , έπειτα από έξι ώρες σε μία πλημμυρίδα,  έπειτα από έξι ώρες σε μία άμπωτη και έπειτα από έξι ώρες επιστρέφουμε  στο αρχικό μας σημείο.  Το συμπέρασμα είναι πως σε ένα 24ωρο βιώνουμε δύο φορές άνοδο και δύο φορές κάθοδο της στάθμης των υδάτων της θάλασσας.

ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΤΗΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ ΤΗΣ ΓΗΣ

Στο σημείο αυτό θα κάνουμε μία παρένθεση για να τονίσουμε ένα εντυπωσιακό φαινόμενο που συμβαίνει εδώ.  Όπως δείξαμε αρκετά απλοποιημένα προηγουμένως η γη  περιστρέφεται μέσα σε αυτά τα υδάτινα εξογκώματα που έχουν δημιουργηθεί εξαιτίας των πολιτικών δυνάμεων.  Όμως όταν ένα σώμα βρίσκεται σε επαφή με ένα άλλο και κινείτε ή θέλει να κινηθεί ,  τότε αναπτύσσεται μεταξύ τους μία δύναμη, η δύναμη της τριβής.  Σκεφτείτε  πως έχετε βάλει στο πάτωμα ένα χαλί και πάνω στο χαλί ένα μπαούλο.  Αν  τραβήξετε σιγά-σιγά το χαλί κινείται και το μπαούλο,  διότι μεταξύ χαλιού και μπαούλου  αναπτύσσεται  η τριβή.  Έτσι ακριβώς και στο παράδειγμά μας με την γη και  τα υδάτινα εξογκώματα.   Καθώς αυτή περιστρέφεται και περιστρέφεται ταχύτερα από ότι η σελήνη συμβαίνουν δύο πράγματα.  Η γη προσπαθεί να παρασύρει τα δύο αυτά υδάτινα εξογκώματα λόγω τριβών όπως το χαλί και το μπαούλο αλλά επειδή η σελήνη δεν προλαβαίνει να ακολουθήσει αυτή την περιστροφή συμβαίνει το εξής:  η σελήνη έχει μία μάζα όπως επίσης και αυτά τα υδάτινα εξογκώματα με αποτέλεσμα μεταξύ σελήνης και αυτών των υδάτινων εξογκωμάτων να αναπτύσσεται μία ελκτική  βαρυτική δύναμη.  Είναι λοιπόν σαν η γη να προσπαθεί να παρασύρει τα υδάτινα εξογκώματα και η σελήνη ασκώντας αυτή την ελκτική δύναμη πάνω στο υδάτινο εξόγκωμα να του λέει όπα,  μην φεύγεις,  περίμενε,  με αποτέλεσμα να προκαλεί σιγά-σιγά μία επιβράδυνση στον τρόπο που η γη περιστρέφεται.  Αυτό σημαίνει πως αυτό που βιώνουμε σήμερα σαν ένα εικοσιτετράωρο δεν θα είναι πάντα έτσι και δεν ήταν πάντα έτσι.  Πριν από 450 εκατομμύρια χρόνια παραδείγματος χάρη η περίοδος περιστροφής της γης γύρω από τον εαυτό της ήταν 22 ώρες.  Ας επιστρέψουμε όμως στην παλίρροια και να δούμε τον ρόλο που παίζει ο ήλιος σε αυτό το φαινόμενο.

ΠΑΛΙΡΡΟΙΑ ΓΗ-ΣΕΛΗΝΗ-ΗΛΙΟΣ

Όπως μπορείτε να δείτε στο σχήμα έχω τοποθέτηση τα τρία σώματα αρχικά σε συζυγία,  βρίσκονται δηλαδή πάνω στην ίδια νοητή ευθεία.  Στην περίπτωση λοιπόν αυτή, της συζυγίας,  στις παλιρροϊκές δυνάμεις που προκαλεί  η σελήνη έρχονται να προστεθούν και οι παλιρροϊκές δυνάμεις που προκαλεί  ο ήλιος στην γη.  Μπορεί να πει κάποιος,  ότι οι παλιρροϊκές δυνάμεις της σελήνης και του ήλιου λειτουργούν αθροιστικά άρα θα έχουμε μία μεγαλύτερη διόγκωση των υδάτων κάτι που ονομάζουμε συζυγική παλίρροια.  Το φεγγάρι όμως κινείται…  Όταν το φεγγάρι φτάσει  στο πρώτο τέταρτο δηλαδή σχηματίσει μία γωνιά των 90 μοιρών μεταξύ σελήνης γης και ήλιου τότε το φεγγάρι προσπαθεί να προκαλέσει διογκώσεις στον άξονα τον ψ,  όπως βλέπουμε στο σχήμα,  ενώ ο ήλιος  προσπαθεί να δημιουργήσει τις υδάτινες διογκώσεις όπως ακριβώς φαινόταν στο αρχικό σχήμα πάνω στον άξονα Χ.  Έτσι οι παλιρροϊκές δυνάμεις του ήλιου και οι παλιρροϊκές  δυνάμεις της σελήνης μοιάζουν να λειτουργούν αναιρετικά,  με αποτέλεσμα κατά την περίοδο της ανόδου των υδάτων να έχουμε άνοδο σε μικρότερο ύψος.  Μία χαμηλότερη παλίρροια ή αλλιώς όπως ονομάζεται παλίρροια τετραγωνισμού.  Αυτό ήταν λοιπόν το φαινόμενο της παλίρροιας και επεξήγηση του!