Teoria mareelor

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Teoria mareelor este aplicarea mecanicii continuumului pentru interpretarea și prezicerea deformărilor mareelor corpurilor planetare și a atmosferelor sau oceanelor acestora sub influența gravitațională a unui alt corp astronomic (în special Luna în ceea ce privește Pământul și oceanele sale).

Kepler

Sosirea mareei în satul Porto Covo , pe coasta atlantică a Portugaliei.

În 1609, John Kepler a sugerat corect că mareele erau cauzate de atracția gravitațională a Lunii [1], bazându-și raționamentul pe observații și corelații antice, menționate deja de Ptolemeu în Tetrabiblos .

Ipoteza lui Galileo asupra mareelor

Justus Sustermans - Portretul lui Galileo Galilei, 1636

În 1616 Galileo Galilei a scris Discursul despre fluxul și refluxul mării [2] într-o scrisoare adresată cardinalului Alessandro Orsini . În acest discurs a încercat să explice mareele ca urmare a rotației și revoluției Pământului în jurul Soarelui, crezând că oceanele se comportau ca apa într-un bazin mare. [3] Rotația Pământului ar forța oceanele să accelereze și să întârzie alternativ . [4] Opinia sa asupra oscilației și mișcării alternativ accelerate și întârziate ale rotației pământului a fost un proces dinamic care s-a deviat de la dogma anterioară care propunea un proces de expansiune și contracție a apei de mare. [5] Cu toate acestea, teoria a fost greșită [2], iar analizele ulterioare efectuate în secolele următoare au condus la înțelegerea actuală a fenomenului mareelor. Galileo respinsese interpretarea propusă de Kepler a mareelor.

Newton

Newton, în Principia sa, a dat o explicație corectă a forței mareelor care poate fi utilizată pentru a explica mareele de pe o planetă acoperită de un ocean uniform, dar care nu ia în considerare distribuția continentelor sau batimetria oceanelor. [6]

Teoria dinamică a lui Laplace

Teoria dinamică a mareelor ​​descrie și prezice comportamentul real real al mareelor ​​oceanice. [7]

În timp ce Newton explicase mareele descriind forțele care le generează și Bernoulli dăduse o descriere a reacției statice a apelor Pământului la potențialul mareelor, teoria dinamică a mareelor, dezvoltată de Pierre-Simon Laplace în 1775, [8] [9] descrie reacția reală a oceanului la forțele mareelor. [10] Teoria lui Laplace ia în considerare frecarea, rezonanța și perioadele naturale ale bazinelor oceanice. Acesta prezice sisteme amfidromice mari în bazinele oceanice și explică mareele oceanice pentru a se potrivi cu observațiile reale. [11]

Teoria echilibrului, care s-a bazat pe gradientul gravitațional al Soarelui și Lunii, dar care a ignorat rotația Pământului, efectele continentului și alte efecte importante, nu a putut explica valurile oceanice efective. [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] Deoarece măsurătorile au confirmat teoria dinamică, acum este posibil să se dea o explicație multor aspecte, cum ar fi modul în care pe care mareele le interacționează cu crestele abisale sau pe măsură ce lanțurile subacvatice dau naștere la formarea de vortexuri care permit nutrienților să se ridice de la adâncuri la apele de suprafață. [20] Teoria echilibrului ne permite să calculăm înălțimea valurilor mareelor ​​mai mici de jumătate de metru, în timp ce teoria dinamică este capabilă să explice de ce mareele pot crește până la 15 metri. [21] Observațiile de la sateliți confirmă acuratețea teoriei dinamice, iar mareele sunt acum măsurate cu o precizie de câțiva centimetri. [22] [23]

Măsurătorile efectuate de satelitul CHAMP corespund exact modelelor bazate pe datele TOPEX . [24] [25] [26] [27]

Ecuațiile de maree Laplace

În 1776, Pierre-Simon Laplace a formulat o serie de ecuații parțiale diferențiale în care fluxul a fost descris ca o foaie de fluid barotropic bidimensional. Au fost introduse și forța Coriolis și forța laterală datorată gravitației. Laplace a obținut aceste ecuații prin simplificarea ecuațiilor dinamicii fluidelor , dar același rezultat poate fi obținut și prin integrarea energiei în ecuațiile Euler-Lagrange .

Pentru o placă fluidă cu grosime medie D , cota verticală cauzată de mareea ς , precum și componentele orizontale ale vitezei u și v (în direcțiile latitudinii φ și respectiv longitudinii λ ) satisfac ecuațiile de maree Laplace : [28 ]

unde Ω este frecvența unghiulară a rotației planetei, g este accelerația gravitației la suprafața medie a mării, a este raza planetei și U este potențialul gravitațional extern care acționează asupra mareei.

William Thomson (Lord Kelvin) a rescris termenii impulsului ecuațiilor lui Laplace folosind rotori pentru a obține o ecuație de vorticitate . În condiții adecvate, acestea pot fi rescrise ca o conservare a vorticității.

Analiza armonică

Transformata Fourier a mareei măsurată la Ft. Pulaski în 2012. (Date preluate de la: Datums for 8670870, Fort Pulaski GA ; Transformata Fourier calculată cu: O Transformă Fourier mai precisă

Îmbunătățirile aduse de Laplace fuseseră semnificative, dar aspectul predictiv al mareelor ​​era încă aproximativ. Situația s-a schimbat în 1860 când William Thomson Kelvin a ținut cont mai mult de circumstanțele locale legate de fenomenele mareelor ​​prin aplicarea analizei Fourier la mișcarea mareelor ​​prin analiza armonică .

Opera lui Thomson a fost apoi dezvoltată și extinsă de George Darwin , care a aplicat teoriile lunare ale timpului. Simbolurile introduse de Darwin pentru componentele armonice ale mareelor ​​sunt folosite și astăzi.

Evoluțiile armonice ale lui Darwin au fost la rândul lor îmbunătățite și mai mult atunci când Arthur Thomas Doodson aplicând teoria lunară a lui Ernest William Brown , [29] a dezvoltat mareele potențiale (TGP = potențial generator de maree) în formă armonică distingând 388 frecvențe. [30] Lucrarea lui Doodson a fost continuată și publicată în 1921. [31]

Doodson a conceput un sistem practic pentru specificarea diferitelor componente armonice ale potențialului mareelor, numerele Doodson care sunt încă în uz astăzi. [32]

De la mijlocul secolului al XX-lea, o analiză suplimentară a extins termenii originali ai lui Doodson 388. 62 dintre acești constituenți sunt suficient de mari pentru a fi luați în considerare pentru a fi utilizați în domeniul predicției mareelor, dar uneori este suficient pentru a face predicții cu un nivel suficient de precizie. Calculele folosind componente armonice sunt foarte laborioase și între 1870 și 1960 au fost efectuate cu calculatoare analogice speciale, înlocuite acum cu computere electronice moderne capabile să efectueze aceleași calcule mai eficient.

Notă

  1. ^ Johannes Kepler, Astronomia nova ... (1609), p. 5 Introductio in hoc opus .
  2. ^ a b Universitatea Rice : Teoria mareelor ​​lui Galileo , de Rossella Gigli, recuperată la 10 martie 2010
  3. ^ Peter Tyson, Marea greșeală a lui Galileo , NOVA , PBS. Adus pe 19 februarie 2014 .
  4. ^ Paolo Palmieri, Reexaminarea lui Galileo Theory of Tides , Springer-Verlag, 1998, p. 229.
  5. ^ Paolo Palmeri, Reexaminarea lui Galileo Theory of Tides , Springer-Verlag, 1998, p. 227.
  6. ^ Copie arhivată , la web.vims.edu . Adus la 14 aprilie 2014 (arhivat din original la 10 aprilie 2014) .
  7. ^ Maree
  8. ^ Scurte note despre teoria dinamică a lui Laplace
  9. ^ Raft și Oceanografie de coastă , de exemplu pe flinders.edu.au . Accesat la 2 iunie 2012 (arhivat din original la 10 aprilie 2012) .
  10. ^ Dinamica mareelor
  11. ^ Vederea unui astronom asupra descrierilor actuale ale manualelor la nivel de colegiu
  12. ^ Teoria mareelor Filed 22 august 2017 in Internet Archive . site-ul Biroului hidrografic al marinei sud-africane
  13. ^ Teorie dinamică pentru maree , pe oberlin.edu . Accesat la 2 iunie 2012 .
  14. ^ Teoria dinamică a mareelor , la ffden-2.phys.uaf.edu .
  15. ^ Marea dinamică - Spre deosebire de teoria „statică”, teoria dinamică a mareelor ​​recunoaște că apa acoperă doar trei sferturi o , su web.vims.edu . Adus pe 2 iunie 2012 (arhivat din original la 13 ianuarie 2013) .
  16. ^ The Dynamic Theory of Tides , pe coa.edu . Accesat la 2 iunie 2012 (arhivat din original la 19 decembrie 2013) .
  17. ^ https://beacon.salemstate.edu/~lhanson/gls214/gls214_tides [ link rupt ]
  18. ^ Maree - clădire, râu, mare, adâncime, oceane, efecte, important, cel mai mare, sistem, val, efect, marin, Pacific , la waterencyclopedia.com . Accesat la 2 iunie 2012 .
  19. ^ TIDES , pe ocean.tamu.edu . Adus pe 2 iunie 2012 (arhivat din original la 16 iunie 2013) .
  20. ^ Floor Anthoni, Tides , at seafriends.org.nz . Accesat la 2 iunie 2012 .
  21. ^ Cauza și natura mareelor , la linz.govt.nz.
  22. ^ Studio de vizualizare științifică TOPEX / Poseidon images , la svs.gsfc.nasa.gov . Accesat la 2 iunie 2012 .
  23. ^ TOPEX / Poseidon Emisfera occidentală: Tide Height Model: NASA / Goddard Space Flight Center Studio de vizualizare științifică: Descărcare și streaming gratuit: Internet Archive , la archive.org . Accesat la 2 iunie 2012 .
  24. ^ [1]
  25. ^ http://www.geomag.us/info/Ocean/m2_CHAMP+longwave_SSH.swf
  26. ^ OSU Tidal Data Inversion , la volkov.oce.orst.edu . Accesat la 2 iunie 2012 .
  27. ^ Analiză dinamică și reziduală a mareelor ​​oceanice pentru o îmbunătățire a dezaliasării GRACE (DAROTA) , pe dgfi.tum.de (arhivat din original la 2 aprilie 2015) .
  28. ^ Ecuațiile de maree Laplace și mareele atmosferice ( PDF ), pe kiwi.atmos.colostate.edu . Adus la 22 iunie 2016 (arhivat din original la 3 martie 2016) .
  29. ^ DE Cartwright, Tides: a science history , Cambridge University Press 2001, la paginile 163-4 .
  30. ^ S Casotto, F Biscani, O abordare pe deplin analitică a dezvoltării armonice a potențialului generator de maree pentru contabilizarea precesiei, nutării și perturbațiilor datorate termenilor figurali și planetari , Divizia AAS pentru astronomie dinamică, aprilie 2004, vol. 36 (2 ), 67.
  31. ^ AT Doodson (1921), The Harmonic Development of the Tide-Generating Potential , Proceedings of the Royal Society of London. Seria A, Vol. 100, Nr. 704 (1 dec. 1921), pp. 305-329.
  32. ^ Vezi de ex. TD Moyer (2003), Formulare pentru valorile observate și calculate ale tipurilor de date ale rețelei spațiului profund pentru navigație , vol. 3 în seria de comunicații și navigație în spațiu profund, Wiley (2003), de ex. pe pp. 126-8.

Bibliografie

  • U. Manna, JL Menaldi și SS Sritharan: Analiza stocastică a ecuației dinamicii mareelor în analiza stochastică dimensională infinită , editat de AN Sengupta și P. Sundar, World Scientific Publishers, 2008.
  • M. Suvinthra, SS Sritharan și K. Balachandran: [489 [ link rupt ] .pdf] Deviații mari ale ecuației dinamicii mareelor ​​stochastice, în Comunicări privind analiza stochastică, Vol. 9, nr. 4 (2015) 477-502.

linkuri externe

știința Pământului Portalul Științelor Pământului : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu Științele Pământului