Zagwozdka na dzisiaj: skąd się biorą pływy?

Teoretycznie to bardzo proste pytanie: z oddziaływania Księżyca. No niby tak… ale w takim razie, dlaczego woda w oceanie wybrzusza się po obu stronach Ziemi, a nie tylko od tej bliższej Księżycowi? Przecież gdyby pływy wynikały jedynie z przyciągania oceanu przez Księżyc, to występowałyby tylko z jednej strony.

Oto jest pytanie

Z lekcji fizyki wiemy, że Księżyc krąży wokół Ziemi, a Ziemia wokół Słońca. Na potrzeby naszych rozważań uprośćmy cały układ i zapomnijmy na chwilę o Słońcu, skupiając się na wzajemnym oddziaływaniu Ziemi oraz Księżyca.

Fakt, że to nasz naturalny satelita krąży wokół Ziemi jest… nie do końca zgodny z prawdą; chociaż tak właśnie nauczyli nas w szkole. W rzeczywistości jednak wygląda to nieco inaczej.

Zarówno Ziemia, jak i Księżyc krążą wokół wspólnego środka masy układu Ziemia-Księżyc. Oczywiście, środek masy tego układu znajduje się znacznie bliżej środka Ziemi, niż środka Księżyca. Ale nie jest to dokładnie w samym centrum Ziemi. 

I co z tego wynika?

Cały nasz tandem wiruje wokół punktu niebędącego środkiem ciężkości Ziemi; mimo to, wszystko działa dosyć sprawnie, bowiem siły odśrodkowe, jakie powstają na Ziemi i Księżycu w związku z ruchem obrotowym, równoważone są przez wzajemne przyciąganie tych ciał. W przeciwnym wypadku dawno utracilibyśmy naszego naturalnego satelitę, bo albo odleciałby w kosmos, albo spadłby na Ziemię.

Fakt, że nadal mamy księżyc dowodzi, że siły te się równoważą… tak z grubsza. To znaczy, równoważą się idealnie, ale tylko w środku Ziemi i w środku Księżyca. A ocean jest przecież na zewnątrz. Jak zatem wygląda to naprawdę?

Dużo ciekawiej

Dla punktów położonych na powierzchni Ziemi siła odśrodkowa oraz oddziaływanie grawitacyjne Księżyca wcale się nie równoważą; któraś z tych sił zawsze przeważa, w zależności od tego, w jakim położeniu znajdują się aktualnie te ciała niebieskie.

W punktach na powierzchni Ziemi położonych od strony Księżyca siła odśrodkowa jest nieco mniejsza, niż w środku naszej planety. Za to w tym miejscu jest bliżej do Księżyca, zatem jego oddziaływanie grawitacyjne jest tutaj znacznie silniejsze. I to ono powoduje wybrzuszenie oceanu od tej strony.

Z kolei po przeciwnej stronie planety jest dokładnie odwrotnie: siła odśrodkowa jest wyraźnie większa, zaś przyciąganie grawitacyjne Księżyca jest mniejsze. I tutaj nie Księżyc, ale właśnie siła odśrodkowa sprawia, że ocean się wybrzusza.

Jakie stąd wnioski?

Przede wszystkim takie, że nie należy bezkrytycznie podchodzić do tego, czego uczą nas w szkole. I do tego, co „ogólnie wiadomo” - szczególnie, jeśli intuicja podpowiada nam, że to trochę bez sensu.

Oczywiście pogląd, że pływy oceaniczne mają jakiś związek z Księżycem, jest z grubsza prawdziwy – jednak to, jak rzeczywiście wygląda ten związek, podawane jest w dużym uproszczeniu. Pływy oceaniczne są skutkiem oddziaływania Księżyca, ale w równej mierze są przecież efektem działania siły odśrodkowej. I dopiero kombinacja tych czynników sprawia, że powierzchnia oceanu wybrzusza się po obu stronach planety, zamiast tworzyć uczciwą elipsoidę.