2.The moon and tidal bulges
เมื่อพิจารณาถึงระบบของโลกและดวงจันทร์ (earth-moon system) แรงดึงดูดระหว่างมวลจะดึงโลกและดวงจันทร์เข้ามาหากัน
และแรงหนีศูนย์กลางจะเป็นแรงที่ทำให้วัตถุทั้งสองเคลื่อนที่ออกจากกัน
การที่โลกและดวงจันทร์ไม่เข้ามาชนกันและไม่แยกออกจากกันไปในทิศทางอื่นจะเนื่องมาจาก
วัตถุทั้งสองอยู่ในวงโคจรที่เสถียรหรือสมดุลระหว่างแรงทั้งสอง จากภาพที่ 9.1
แสดงถึงจุด 4 จุดต่างๆกันบนผิวโลก โดยจุดที่สมดุลระหว่างแรงทั้งสองจะอยู่ที่จุด
A (อยู่ภายในโลก) ที่จุดที่ 1 และจุดที่
2 ซึ่งอยู่ใกล้ดวงจันทร์มากกว่า
ดังนั้นแรงลัพธ์ที่เกิดขึ้นจะเกิดจากผลของแรงดึงดูดระหว่างมวลมากกว่าแรงหนีศูนย์กลาง
วัตถุบริเวณผิวหน้าของโลกจะถูกอิทธิพลจากแรงดังกล่าวดึงให้มีการเคลื่อนตัวเข้าไปหาดวงจันทร์
ส่วนอีกด้านคือจุดที่ 3 และ 4 ซึ่งอยู่ห่างจากดวงจันทร์แรงลัพธ์ที่จุดดังกล่าวจะเป็นผลมาจากแรงหนีศูนย์กลางมากกว่าแรงดึงดูดระหว่างมวลของโลกและดวงจันทร์
ดังนั้นวัตถุบริเวณผิวหน้าโลกจะเคลื่อนตัวในทิศตรงกันข้าม
ภาพที่ 9.1 เว็คเตอร์ของแรงที่เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างมวลระหว่างโลกและดวงจันทร์ และแรงหนีศูนย์กลางอันเนื่องมาจากการหมุนของโลกที่กระทำบนพื้นผิวของโลก
ที่มา: Garrison (2007)
จากผลของแรงทั้งสองแรงที่ทำให้วัตถุบนผิวหน้าโลกเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามซึ่งเรียกว่า tractive force นี้ จะทำให้วัตถุที่อยู่บริเวณผิวหน้าของโลกเคลื่อนที่ไปรวมตัวกันในสองบริเวณคือใกล้กับดวงจันทร์และทิศทางตรงกันข้ามกับดวงจันทร์ โดยของเหลวที่อยู่ภายในโลกนั้นจะไม่สามารถเคลื่อนตัวเนื่องจากผลของแรงดังกล่าวได้มากนัก ส่วนที่จะเคลื่อนตัวจากอิทธิพลของแรงดังกล่าวก็คือบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลก และน้ำในมหาสมุทร และปกติเราจะไม่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงความสูงของชั้นบรรยากาศโลก แต่จะสังเกตได้จากการเปลี่ยนแปลงความสูงของระดับน้ำทะเล ภาพที่ 9.2 แสดงให้เห็นถึงผลของ tractive force ที่ทำให้น้ำในมหาสมุทรเคลื่อนตัวรวมกันไปได้สองทิศทางคือ ใกล้กับดวงจันทร์และทิศตรงกันข้ามกับดวงจันทร์
ภาพที่ 9.2 การรวมกลุ่มกันของน้ำผิวหน้าโลกบริเวณที่ใกล้กับดวงจันทร์และด้านตรงข้ามดวงจันทร์
ที่มา : Garrison (2007)
จากการเคลื่อนตัวของมวลน้ำในมหาสมุทรทั้งสองทิศทางนี้จะทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงได้อย่างไร ก่อนอื่นต้องทราบก่อนว่าการรวมตัวของน้ำนี้เกิดขึ้นพร้อมกับการหมุนรอบตัวเองของโลก (ภาพที่ 9.3) เมื่อเรามองจากขั้วโลกเหนือลงมา และเมื่อโลกมีการหมุนรอบตัวเองไปทางทิศตะวันออก เกาะในรูปซึ่งอยู่บริเวณเส้นศูนย์สูตรจะมีการเคลื่อนตัวเข้าและออกสู่บริเวณที่มีการรวมตัวกันของน้ำเสมอในแต่ละวัน บริเวณที่มีการรวมตัวของน้ำสูงที่สุดหรือเป็นยอดของมวลน้ำก็จะเป็นจุดที่น้ำขึ้นสูงที่สุด (high tide) ส่วนน้ำลง (low tide) เปรียบเสมือนท้องคลื่นก็ คือจุดที่อยู่ต่ำที่สุดของมวลน้ำ ซึ่งในภาพ คือที่เวลา 00.00 น. เกาะทั้งเกาะก็จะโผล่พ้นน้ำขึ้นมามากที่สุด และที่เวลา 6.13 น.เกาะทั้งเกาะก็จะจมอยู่ในน้ำจัดเป็นช่วงน้ำขึ้นสูงสุด ที่เวลา 12.26 น.ก็จะอยู่ในช่วงน้ำลง และที่เวลา 18.38 น.เกาะก็จะจมอยู่ในน้ำอีกครั้งโดยครั้งนี้เป็นผลมาจากแรงหนีศูนย์กลาง
ภาพที่ 9.3 การเกิดน้ำขึ้นน้ำลง ณ. ตำแหน่งต่างๆของโลกเมื่อโลกหมุนรอบตัวเองใน 1 วัน
ที่มา: Garrison (2007)
ตามความเป็นจริงแล้วยอดคลื่น (crest) และท้องคลื่น(trough) จะมีความสูงเพียง 2 เมตร ซึ่งน้อยมากเมื่อเทียบกับคลื่นขนาดใหญ่อื่น ๆ แต่ยอดของคลื่นที่เกิดจากน้ำขึ้นน้ำลง (bulge or tidal wave crest) เดินทางด้วยความเร็วประมาณ 1,600 กิโลเมตรต่อชั่วโมงที่เส้นศูนย์สูตร และตามทฤษฎีแล้วคลื่นน้ำขึ้นน้ำลงนี้จะมีความยาวคลื่นถึง 20,000 กิโลเมตร
ผลของน้ำขึ้นน้ำลงที่เกิดจากอิทธิพลของแรงที่เกิดขึ้นระหว่างโลกและดวงจันทร์นี้เรียกว่า lunar tide การเคลื่อนตัวของน้ำขึ้นน้ำลงจากอิทธิพลดังกล่าวครบรอบวงใน 1 วันจะเรียกว่า lunar day จะกินเวลา 24 ชั่วโมง 50 นาที เนื่องจากดวงจันทร์จะขึ้นที่ตำแหน่งเดิมที่จุดอ้างอิงใด ๆ ช้ากว่าเดิม 50 นาทีของทุก ๆ วัน ดังนั้นน้ำขึ้นหรือน้ำลงที่จุดอ้างอิงใด ๆ ก็จะเกิดช้าลง 50 นาทีของทุกวัน
เราจะพบว่าการเกิดน้ำขึ้นน้ำลงมีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น เนื่องจากดวงจันทร์ไม่ได้โคจรในแนวเดียวกับเส้นศูนย์สูตรของโลก แต่จะโคจรในตำแหน่งที่อยู่ระหว่างเส้นละติจูด 28.5 องศาเหนือและใต้ ดังนั้นตำแหน่งของ bulge ของน้ำในมหาสมุทรทั้งสองบริเวณจะเปลี่ยนไป (ภาพที่ 9.4) เมื่อดวงจันทร์อยู่ในตำแหน่งละติจูดที่ 28.5 องศาเหนือเกาะที่อยู่บนเส้นศูนย์สูตรก็จะได้รับอิทธิพลของน้ำขึ้นน้ำลงจากด้านหนึ่ง และเมื่อเวลาผ่านไปก็จะได้รับอิทธิพลของน้ำขึ้นน้ำลงอีกด้านหนึ่งของเกาะ (ภาพที่ 9.5)
ภาพที่ 9.4 การรวมกลุ่มกันของน้ำบริเวณพื้นผิวโลกอันเนื่องจากผลของแรงดึงดูดระหว่างมวลและแรงหนีศูนย์กลางของโลกและดวงจันทร์
เนื่องจากวงโคจรของดวงจันทร์ทำมุมประมาณ 28.5 องศากับโลกจึงทำให้การรวมกลุ่มของน้ำอยู่ในตำแหน่งดังภาพ
ที่มา : Garrison (2007)
ภาพที่ 9.5 การเกิดน้ำขึ้นน้ำลงในตำแหน่งต่างๆของโลกเนื่องจากการหมุนรอบตัวเองของโลก และเมื่อวงโคจรของดวงจันทร์ทำมุมประมาณ 28.5 องศากับโลก
ที่มา: Garrison (2007)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น