Siły pływowe - Polski Serwis Naukowy

Siły pływowe, ciało wywołujące je jest z lewej lub prawej strony

Siły pływowe w otoczeniu ciała, ciało wywołujące siłę znajduje się poniżej rysunku

Siła pływowa – siła działająca na ciało rozciągłe znajdujące się w polu sił o różnej wartości lub kierunku w różnych punktach ciała. Najczęściej kojarzona z polem grawitacyjnym.

Naturalny satelita (księżyc) – ciało niebieskie pochodzenia naturalnego, obiegające planetę lub planetoidę. Słowo "Księżyc" pisane wielką literą oznacza tylko i wyłącznie naturalnego satelitę Ziemi.

Czarna dziura – obiekt astronomiczny, który tak silnie oddziałuje grawitacyjnie na swoje otoczenie, że nawet światło nie może uciec z jego powierzchni (prędkość ucieczki jest większa od prędkości światła).

Siła pływowa pojawia się wtedy, gdy siła grawitacji zmienia się znacznie na długości ciała. Część ciała znajdująca się bliżej źródła siły (najczęściej jakiegoś ciała niebieskiego - gwiazdy, planety, księżyca, czarnej dziury itp.) jest przyciągana znacznie silniej, niż część ciała bardziej odległa od źródła siły.

Planeta – według definicji Międzynarodowej Unii Astronomicznej, to obiekt astronomiczny okrążający gwiazdę lub pozostałości gwiezdne, nieprzeprowadzający reakcji termojądrowej w swoim wnętrzu, wystarczająco duży, aby uzyskać prawie okrągły kształt oraz osiągnąć dominację w przestrzeni wokół swojej orbity. W odróżnieniu od gwiazd, świecących światłem własnym, planety świecą światłem odbitym[1].

Wulkanizm – ogół procesów geologicznych, zachodzących na powierzchni Ziemi, związanych z wydobywaniem się lawy i innych materiałów z głębi skorupy ziemskiej.

Opis matematyczny

Siłę pływową wzdłuż prostej łączącej oba ciała można w przybliżeniu (r ≪ R) opisać wzorem: $F_t = \frac{2GMmr} {R^3}$

gdzie:

G - stała grawitacyjna,

M - masa ciała wytwarzającego pole,

m - masa ciała podlegającego sile pływowej,

R - odległość między środkami ciał,

r - odległość od środka ciała podlegającego sile pływowej, dla punktu znajdującego się na powierzchni ciała równa jest promieniowi ciała.

Siła pływowa zmienia się bardzo szybko (sześciennie) wraz z odległością, najsilniej działa przy względnie niewielkich odległościach od ciał o dużej gęstości. Siła wzrasta liniowo wraz z odległością od środka ciała (r w liczniku), co np. sprawia, że siły pływowe działają silnie na atmosfery ciał, co przy zbliżeniu się ciał (Granica Roche'a), prowadzi do porwania atmosfery ciała o mniejszej gęstości przez ciało o większej gęstości.

Io (Jowisz I) – trzeci co do wielkości księżyc Jowisza, z grupy księżyców galileuszowych i czwarty co do wielkości satelita w Układzie Słonecznym. Charakteryzuje się niezwykle silną aktywnością wulkaniczną.

Gwiazda – kuliste ciało niebieskie stanowiące skupisko powiązanej grawitacyjnie materii w stanie plazmy. Najbliższa Ziemi gwiazda, Słońce, jest źródłem większości energii na Ziemi. Inne gwiazdy można obserwować na nocnym niebie, gdyż wtedy nie przyćmiewa ich Słońce. Najlepiej widocznym na sferze niebieskiej gwiazdom od dawna nadawano różne nazwy, łączono je także w gwiazdozbiory. Astronomowie pogrupowali gwiazdy oraz inne ciała niebieskie w katalogi astronomiczne, które zapewniają ujednolicone nazewnictwo tych obiektów.

Przykłady działania sił pływowych

Rozerwana przez Jowisza kometa Shoemaker-Levy 9

Miejscem największego działania sił pływowych jest najbliższe otoczenie czarnej dziury. Każde ciało znajdujące się w jej pobliżu prędzej czy później powinno zostać rozerwane na drobne części, teoretycznie nawet cząsteczki.

Pierścienie Saturna – pierścienie zbudowane z cząstek lodu i skał, krążących wokół Saturna. W zależności od gęstości materiału, tworzą one pojedyncze wąskie pasma lub wstęgi. Chociaż średnica pierścieni Saturna wynosi ponad 250 000 km, mają one zaledwie 30 km grubości. Ze względu na grawitacyjne oddziaływanie księżyców orbitujących pośród pierścieni nie są one idealnie płaskie. Co 14-15 lat pierścienie Saturna ustawiają się pod takim kątem, że przestają być widoczne z Ziemi.

Potęgowanie – działanie dwuargumentowe będące uogólnieniem wielokrotnego mnożenia elementu przez siebie. Potęgowany element nazywa się podstawą, zaś liczba mnożeń, zapisywana zwykle w indeksie górnym po prawej stronie podstawy, nosi nazwę wykładnika. Wynik potęgowania to potęga elementu.

Podobny efekt może wystąpić w pobliżu gwiazd neutronowych, które także mają bardzo dużą gęstość.

Kometa Shoemaker-Levy 9 także została rozerwana przez siły pływowe Jowisza. Fragmenty znajdujące się bliżej planety spadły z większym przyspieszeniem niż te bardziej od niej odległe.

Mniej ekstremalnym przykładem są pierścienie Saturna. Siły pływowe powstrzymują materiał w nich zawarty przed uformowaniem się w księżyce pod wpływem wzajemnego przyciągania grawitacyjnego cząstek.

Pole grawitacyjne to pole wytwarzane przez obiekty posiadające masę. Określa wielkość i kierunek siły grawitacyjnej działającej na znajdujące się w nim inne obiekty posiadające masę. Podstawową teorią opisującą pole grawitacyjne i jego związek z cechami przestrzeni jest ogólna teoria względności (OTW), stworzona przez Alberta Einsteina.Prawo grawitacji sformułował angielski uczony Izaak Newton. Pole opisuje się poprzez podanie natężenia pola grawitacyjnego γ, czyli siły F działającej na masę jednostkową m, lub potencjału grawitacyjnego. Obrazem pola grawitacyjnego są linie pola lub powierzchnie ekwipotencjalne. Kierunek i zwrot linii pola jest zgodny z kierunkiem i zwrotem sił działających na masę punktową.

Stała grawitacji (oznaczenie: G lub γ) – stała fizyczna służąca do opisu pola grawitacyjnego. Jako pierwszy wyznaczył ją Henry Cavendish. Obecnie używana wartość została opublikowana w 2002 roku przez Komitet Danych dla Nauki i Techniki (CODATA) i wynosi:

Najbardziej nam znanym efektem działania sił pływowych są pływy morskie. Są one spowodowane przyciąganiem Księżyca (w mniejszym stopniu także Słońca) i ruchem obrotowym Ziemi. Oceany po stronie, po której znajduje się Księżyc oraz przeciwnej wybrzuszają się wzdłuż osi Ziemia-Księżyc.

Słońce (łac. Sol) – gwiazda centralna Układu Słonecznego, wokół której krąży Ziemia, inne planety oraz mniejsze ciała niebieskie. Słońce to najjaśniejszy obiekt na niebie i główne źródło energii docierającej do Ziemi.

Grawitacja (ciążenie powszechne) - jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.

Wewnątrz ciała podlegającego sile pływowej powstaje tarcie pływowe. Powoduje ono utratę energii kinetycznej, a na księżycu Jowisza Io powstałe w ten sposób ciepło powoduje olbrzymią aktywność wulkaniczną.

Utrata energii kinetycznej z powodu tarcia pływowego oraz odkształcenie pływowe Księżyca są przyczynami obrotu synchronicznego, co oznacza, że jest on zawsze obrócony tą samą stroną do Ziemi.

Zobacz też

Granica Roche'a

Gwiazda neutronowa - to jeden z końcowych etapów ewolucji gwiazd. Jest to obiekt astronomiczny o stosunkowo niedużych rozmiarach, ale o bardzo dużej gęstości. Przy średnicy 10–15 km ma masę od 1,4 do 2,5 mas Słońca. Tak duża gęstość wynika z gęstości upakowania neutronów i obiekt taki mógłby być nawet interpretowany jako ogromne jądro atomowe (1057 barionów) utrzymywane w równowadze przez siły grawitacyjne.

Pływy morskie (przypływy i odpływy) – regularnie powtarzające się podnoszenie i opadanie poziomu wody w . Pływy powodowane są również przez siłę odśrodkową wywołaną obrotem Ziemi wokół środka ciężkości układu Ziemia – ciało niebieskie działające na naszą planetę.