Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

Οι παλίρροιες

Αν έχετε μείνει για αρκετό διάστημα σε παραθαλάσσιο τόπο (ιδίως σε ανοιχτή θάλασσα) μπορεί να έχετε παρατηρήσει ότι η επιφάνεια της θάλασσας ανυψώνεται και κατεβαίνει δύο φορές στη διάρκεια ενός ημερονυκτίου. Η ανύψωση της στάθμης της θάλασσας ονομάζεται πλημμυρίδα και η πτώση της, αμπώτιδα. Και οι δύο κινήσεις μαζί αποτελούν το φαινόμενο της παλίρροιας. Σε πολλούς τόπους, η διαφορά στη στάθμη της θάλασσας κατά την πλημμυρίδα και την άμπωτη δεν ξεπερνά τα 0,3m. Υπάρχουν όμως θέσεις στον κόσμο, όπου η διαφορά αυτή φτάνει μερικές φορές τα 12m. Ο χρόνος μεταξύ μιας πλημμυρίδας και της αμπώτιδας που την ακολουθεί είναι κατά μέσο όρο 6 1/4 ώρες. Έτσι, σε κάθε ημερονύκτιο γίνονται συνήθως δύο πλημμυρίδες και δύο αμπώτιδες (με αντίστοιχες πλημμυρίδες και αμπώτιδες μισή ώρα αργότερα την επόμενη ημέρα). Η διαφορά στη στάθμη της θάλασσας μεταξύ μιας πλημμυρίδας και της αμπώτιδας που την ακολουθεί παρουσιάζει περιοδική μεταβολή κάθε δύο εβδομάδες: τη μία εβδομάδα η διαφορά γίνεται μέγιστη (μέγιστη παλίρροια), μετά μία εβδομάδα γίνεται ελάχιστη (ελάχιστη παλίρροια), μία εβδομάδα αργότερα πάλι μέγιστη κ.ο.κ. Οι μεταβολές αυτές ανταποκρίνονται ακριβώς στις φάσεις της Σελήνης: οι μέγιστες παλίρροιες συμβαίνουν στις φάσεις της νέας Σελήνης και της πανσελήνου, ενώ οι ελάχιστες στο πρώτο και στο τρίτο τέταρτό της.

Στο διαστημόπλοιο που περιφέρεται γύρω από τη Γη, τα πράγματα δεν “πέφτουν προς τα κάτω” αλλά αιωρούνται. Στην εικόνα, φαίνεται μια ποσότητα νερού να αιωρείται ως μια μεγάλη σταγόνα.

Η παλιρροιακή κίνηση λοιπόν σχετίζεται με τη Σελήνη. Αυτό το διαισθάνθηκαν οι άνθρωποι από την αρχαιότητα. Με πολύ απλό τρόπο φαντάζονταν, πως, όπως τόσα άλλα φυσικά φαινόμενα όπως το χιόνι, ο κεραυνός, η βροχή, έτσι και η παλίρροια θα έπρεπε να συνδεόταν άμεσα με τον ουρανό. Συγκεκριμένα, οι άνθρωποι διαισθάνονταν πως υπάρχει σχέση ανάμεσα στις παλίρροιες και τη Σελήνη, δεν μπορούσαν όμως να συγκροτήσουν μία συγκεκριμένη θεωρία. Πρώτος ο Νεύτωνας έδειξε πως οι παλίρροιες είναι αποτέλεσμα της διαφοράς στη βαρυτική έλξη που ασκεί η Σελήνη σε δύο εκ διαμέτρου αντίθετες περιοχές της Γης. Για να κατανοήσουμε πώς αυτό οδηγεί στη δημιουργία των παλιρροιών, θα περιγράψουμε το εξής πείραμα: Έστω ότι έχουμε μία μεγάλη μπάλα από εύπλαστο υλικό. Αν τραβήξουμε προς την ίδια κατεύθυνση, ίδιες ποσότητες m από τη μπάλα και με την ίδια δύναμη F, η μπάλα θα επιταχυνθεί, διατηρώντας όμως το εξωτερικό της σχήμα, εικόνα α. Τι θα συμβεί όμως, αν τις μάζες m τις τραβήξουμε προς την ίδια κατεύθυνση με δυνάμεις F3 > F2 > F1, εικόνα β; Το αποτέλεσμα τώρα θα είναι, το εύπλαστο σώμα να χάσει το σφαιρικό του σχήμα, και να αποκτήσει σχήμα ελλειψοειδές. Με πολύ καλή προσέγγιση, έτσι περίπου συμβαίνουν τα πράγματα στη μεγάλη σφαίρα που ζούμε, δηλαδή στη Γη μας. Θα απλοποιήσουμε την περιγραφή της δημιουργίας των παλιρροιών, κάνοντας κάποιες υποθέσεις που μας διευκολύνουν. Συγκεκριμένα, θεωρούμε, πως ο άξονας περιστροφής της Γης είναι κάθετος στο επίπεδο της τροχιάς της γύρω από τον Ήλιο, και ότι πάνω στο επίπεδο αυτό βρίσκεται και η Σελήνη, η οποία διαγράφει κυκλική τροχιά γύρω από τη Γη. Επίσης, θεωρούμε ότι η Γη καλύπτεται εξ’ ολοκλήρου από θάλασσα, που έχει παντού μεγάλο και ίδιο βάθος.

Εικόνα α

Εικόνα β

Μπορούμε να παρατηρήσουμε, πως η μάζα m που βρίσκεται στο σημείο Γ της θάλασσας, δέχεται έλξη από τη Σελήνη μεγαλύτερη από αυτήν που δέχεται ίδια μάζα m στο κέντρο Κ της Γης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός παλιρροιακού εξογκώματος στο νερό που βρίσκεται απέναντι από τη Σελήνη. Ένα δεύτερο παλιρροιακό εξόγκωμα δημιουργείται στο νερό που βρίσκεται μακρύτερα από τη Σελήνη, αφού εκεί η βαρυτική έλξη σε μάζα m (σημείο Α), είναι μικρότερη από την έλξη που δέχεται η μάζα m (σημείο Κ) (Εικ. γ). Η διαφορά των βαρυτικών έλξεων στα σημεία Γ και Α ονομάζεται παλιρροιακή δύναμη έλξης.

Εικόνα γ Ένα μοντέλο της Γης με τη Σελήνη, που αναπαριστά το φαινόμενο της παλίρροιας.

Καθώς η Γη περιστρέφεται, ένα συγκεκριμένο σημείο της επιφάνειάς της θα περνά από τις θέσεις Γ, Α μια φορά την ημέρα, έτσι ώστε να δημιουργείται δύο φορές την ημέρα το γνωστό φαινόμενο της πλημμυρίδας (ανύψωση της στάθμης των νερών). Εκτός από τη Σελήνη, συμμετοχή στη δημιουργία των παλιρροιών έχει και ο Ήλιος. Η παλιρροιακή δύναμη έλξης του Ήλιου είναι ίση με το 0,44 της παλιρροιακής έλξης της Σελήνης. Επομένως, οι παλίρροιες που προκαλεί ο Ήλιος έχουν ύψος περίπου 5/11 εκείνων που προκαλεί η Σελήνη. Αν ο Ήλιος βρίσκεται στην ίδια πλευρά με τη Σελήνη (Νέα Σελήνη) ή στην αντίθετη (Πανσέληνος), τότε οι επιδράσεις των δύο ουράνιων σωμάτων προστίθενται και προκαλούν μέγιστες παλίρροιες (Εικ. δ). Όταν η Σελήνη βρίσκεται στο πρώτο ή το τελευταίο τέταρτό της, οπότε ο Ήλιος βρίσκεται σε γωνία 90° με τη Σελήνη, το συνολικό αποτέλεσμα της επίδρασης των δύο σωμάτων είναι εξασθενημένο (Εικ. ε). Τελειώνοντας, θα επισημάνουμε το γεγονός, πως η μηχανική ενέργεια που απελευθερώνεται από τις παλιρροιακές κινήσεις του νερού των ωκεανών, έχει ήδη αρχίσει να χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Μπορούμε να φανταστούμε, πως με τον τρόπο αυτό θα έχουμε μία αστείρευτη πηγή ενέργειας, χωρίς την επικίνδυνη μόλυνση του περιβάλλοντος που προκαλούν τα εργοστάσια ηλεκτρικής ενέργειας με την καύση άνθρακα ή πετρελαίου, που χρησιμοποιούμε σήμερα. Στην περιοχή Rance της Γαλλίας λειτουργεί σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από την ενέργεια των παλιρροιών (Εικ. στ).

Εικόνα ε

Εικόνα δ

Εικόνα στ Ο σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από παλίρροιες στο Rance έχει μέγιστη ισχύ 240ΜW, η οποία αρκεί για να ικανοποιήσει τις ανάγκες μιας πόλης 300.000 κατοίκων.