Номер 2, страница 101 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Задание 21. Параграф 29. Сила тяжести на других планетах. Физические характеристики планет. Глава 2. Взаимодействие тел - номер 2, страница 101.

Условие.

2. Подготовьте доклад (презентацию) о приливах и отливах океана. Обратите внимание на значение периода, с которым происходят приливы и отливы, и зависимость приливов и отливов от фазы Луны.

Решение.

Решение 2.

Приливы и отливы — это периодические колебания уровня Мирового океана, вызванные гравитационным воздействием Луны и, в меньшей степени, Солнца. Явление, при котором уровень воды поднимается, называется приливом, а явление, при котором он опускается, — отливом. Эти колебания являются одним из самых заметных проявлений гравитационных сил в природе.

Причины возникновения приливов и отливов

Основная причина приливов — неоднородность гравитационного поля Луны (и Солнца) в пределах Земли. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, сила притяжения $F$ между двумя телами пропорциональна произведению их масс ($m_1$, $m_2$) и обратно пропорциональна квадрату расстояния ($r$) между ними: $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$ где $G$ — гравитационная постоянная.

Вода на стороне Земли, обращенной к Луне, притягивается ею сильнее, чем центр Земли. Это создает "приливной горб" — область повышенного уровня воды. Одновременно с этим, на противоположной стороне Земли вода притягивается Луной слабее, чем центр Земли. В результате Земля как бы "уходит" из-под этой воды, что приводит к образованию второго приливного горба. Таким образом, на Земле одновременно существуют два прилива в диаметрально противоположных точках.

Солнце также вызывает приливы, но его воздействие слабее. Несмотря на огромную массу Солнца, оно находится гораздо дальше от Земли, чем Луна. Приливная сила зависит не просто от силы тяжести, а от ее изменения с расстоянием (градиента), и убывает пропорционально кубу расстояния ($1/r^3$). Расчет показывает, что приливная сила Солнца составляет примерно 46% от приливной силы Луны.
Ответ: Приливы и отливы возникают из-за гравитационного притяжения Луны и Солнца, которое по-разному действует на разные части Земли. Луна притягивает воду на ближайшей к ней стороне сильнее, а на дальней — слабее, чем центр Земли, создавая два "приливных горба" на противоположных сторонах планеты.

Периодичность приливов и отливов

Из-за вращения Земли вокруг своей оси любая точка на ее поверхности (в океане) проходит через оба приливных горба. Если бы Луна была неподвижна, то период между двумя приливами составлял бы ровно 12 часов. Однако Луна сама обращается вокруг Земли в том же направлении, что и Земля вращается.

Пока Земля совершает один оборот за 24 часа, Луна успевает сместиться по своей орбите. Чтобы "догнать" Луну, Земле требуется дополнительное время. Полный оборот точки на поверхности Земли относительно Луны (так называемые лунные сутки) составляет в среднем 24 часа и 50 минут.

Поскольку за одни лунные сутки наблюдается два прилива и два отлива, то период между последовательными приливами (или отливами) составляет половину лунных суток: $T_{прилива} = \frac{24\text{ ч } 50\text{ мин}}{2} = 12\text{ ч } 25\text{ мин}$ Такой тип приливов называется полусуточным и является наиболее распространенным. Однако из-за особенностей рельефа дна, формы береговой линии и наклона лунной орбиты в некоторых районах могут наблюдаться суточные приливы (один прилив и один отлив в сутки) или смешанные приливы.
Ответ: Приливы и отливы происходят с периодичностью, определяемой вращением Земли и движением Луны по орбите. Наиболее распространенный период между двумя последовательными приливами составляет примерно 12 часов 25 минут, что соответствует половине лунных суток.

Зависимость приливов и отливов от фазы Луны

Амплитуда (высота) приливов зависит от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца, что напрямую связано с фазами Луны.

• Сизигийные приливы (Spring Tides): Эти приливы происходят во время новолуния и полнолуния. В эти фазы Земля, Луна и Солнце выстраиваются на одной линии (сизигия). Гравитационные силы Луны и Солнца складываются, вызывая приливные горбы, которые усиливают друг друга. В результате наблюдаются самые высокие приливы ("полная вода") и самые низкие отливы ("малая вода"). Диапазон колебаний уровня воды в эти периоды максимален.
• Квадратурные приливы (Neap Tides): Эти приливы наблюдаются, когда Луна находится в фазах первой и третьей четверти. В это время направления от Земли на Луну и на Солнце образуют прямой угол (квадратура). Приливные силы Солнца действуют перпендикулярно приливным силам Луны, частично их компенсируя. Солнце создает прилив там, где Луна создает отлив. В результате высота приливов уменьшается, а уровень воды при отливах, наоборот, повышается. Диапазон колебаний уровня воды минимален.

Таким образом, высота приливов циклически изменяется в течение лунного месяца (около 29.5 суток), достигая максимума каждые две недели (в новолуние и полнолуние) и минимума также каждые две недели (в первую и третью четверть).
Ответ: Высота приливов и отливов зависит от фазы Луны. Во время новолуния и полнолуния (сизигия), когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной линии, их приливные силы складываются, вызывая максимальные, сизигийные приливы. Во время первой и третьей четверти (квадратура), когда Луна и Солнце находятся под прямым углом относительно Земли, их силы действуют вразнобой, что приводит к минимальным, квадратурным приливам.