Hải dương học đại dương - Phần 2 Các quá trình động lực học - Chương 3

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

118
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo bài giảng Hải dương học đại dương - Phần 2 Các quá trình động lực học - Chương 3 Thủy triều trong đại dương

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hải dương học đại dương - Phần 2 Các quá trình động lực học - Chương 3

lªn ®Õn 18 phót. Van §orn (n¨m 1961) ®· thùc hiÖn quan Ng y nay, dùa trªn nghiªn cøu c¸c sãng ®Þa chÊn v tr¾c ®Çy ®ñ nhÊt nhê c¸c m¸y sãng ký l¾p ®Æt chuyªn dông sãng thÇn ®· th nh lËp nghiÖp vô quan tr¾c v c¶nh b¸o vÒ trong thêi gian vô næ nguyªn tö trªn ®¹i d ¬ng n¨m 1956 ë sù xuÊt hiÖn v lan truyÒn sãng thÇn. khu vùc ®¶o san h« Bikini. Ph©n tÝch sè liÖu b¶ng 2.12 cho phÐp rót ra kÕt luËn r»ng, khi ®i xa dÇn khái æ nhiÔu, biªn ®é sãng thÇn gi¶m Ch ¬ng 3 - Thñy triÒu trong ®¹i d ¬ng xÊp xØ tû lÖ nghÞch víi kho¶ng c¸ch. Trong phæ c¸c sãng träng lùc ë biÓn, sãng thÇn chiÕm vÞ trÝ trung gian gi÷a c¸c sãng thñy triÒu v sãng lõng. Chu 3.1. Nh÷ng quy luËt vËt lý c¬ b¶n h×nh th nh thñy triÒu kú cña chóng th êng n»m trong d¶i tõ 2 ®Õn 200 phót (th êng xuyªn nhÊt l tõ 2 ®Õn 40 phót). ë vïng kh¬i ®¹i 3.1.1. Thñy triÒu v c¸c lùc t¹o thñy triÒu d ¬ng, tèc ®é truyÒn sãng ® îc x¸c ®Þnh kh¸ tèt b»ng c«ng Thñy triÒu trong biÓn v ®¹i d ¬ng l chuyÓn ®éng cña thøc Lagrange ®èi víi c¸c sãng d i C = gH . Nh vËy, trªn n íc ® îc g©y nªn bëi c¸c lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi. Nh÷ng chuyÓn ®éng n y biÓu hiÖn trong dao ®éng ®é s©u trung b×nh 4 km cña Th¸i B×nh D ¬ng tèc ®é sãng thÇn b»ng kho¶ng 30−100 km/giê, v ®é cao t¨ng xÊp xØ tû mùc n íc v dßng ch¶y cã ®Æc ®iÓm tuÇn ho n. ChuyÓn ®éng thñy triÒu quan tr¾c thÊy kh«ng chØ ë líp vá n íc cña lÖ nghÞch víi c¨n bËc bèn cña ®é s©u (xem ph ¬ng tr×nh Tr¸i §Êt. Cßn cã c¶ nh÷ng biÕn ®¹ng thñy triÒu cña thÓ r¾n (2.38)). §é cao sãng t¨ng ®Æc biÖt m¹nh khi sãng thÇn tiÕn cña Tr¸i §Êt v c¸c dao ®éng triÒu cña ¸p suÊt khÝ quyÓn. v o c¸c vÞnh hÑp dÇn d¹ng tam gi¸c hay d¹ng phÔu. KÕt qu¶ l cã thÓ cã sãng cao 10−15 m ®æ nh o v o vïng bê, cã Tuy nhiªn, chØ cã c¸c chuyÓn ®éng triÒu cña n íc §¹i d ¬ng ThÕ giíi míi biÓu hiÖn kh¸ râ. ThÝ dô, ë c¸c vïng ven bê, nh÷ng xung n íc tíi 30−50 m. TrËn sãng thÇn næi tiÕng ë dao ®éng mùc n íc thñy triÒu b»ng 5−6 m kh«ng ph¶i l ®¶o Paramushi cã ®é cao 10 m. N¨m 1983, sãng thÇn víi ®é hiÕm. §é lín tíi h¹n cña thñy triÒu ®¹t tíi 18 m (vÞnh cao 18−20 m xuÊt hiÖn do phun nói löa Krakatau, ®· ®æ bé Fun®y, Cana®a). Ngo i ra, ë l©n cËn bê quan tr¾c ® îc lªn quÇn ®¶o Z«n®¬ l m chÕt 40 000 ng êi. 199 200 http://www.ebook.edu.vn
nh÷ng dßng ch¶y triÒu m¹nh, ë trong c¸c eo, vÞnh hÑp cã Ta xÐt c¸c lùc cã b¶n chÊt hÊp dÉn t¸c ®éng lªn mçi thÓ ®¹t tíi tèc ®é 5−10 v thËm chÝ 12 h¶i lý mét giê. Xa chÊt ®iÓm khèi l îng ®¬n vÞ trªn mÆt Tr¸i §Êt. dÇn khái bê dao ®éng mùc n íc v tèc ®é dßng triÒu gi¶m. 1) Lùc hÊp dÉn cña Tr¸i §Êt MÆc dï vËy, thñy triÒu cã ¶nh h ëng nhiÒu tíi tr¹ng th¸i E F1 = k , (3.1) r2 ®éng lùc n íc ë vïng kh¬i ®¹i d ¬ng. §ã l v× chuyÓn ®éng triÒu bao qu¸t to n bé bÒ d y n íc, trong khi nh÷ng d¹ng ë ®©y k − h»ng sè hÊp dÉn, b»ng 6,670 ⋅ 10 −8 ®in.cm2/s2, E − chuyÓn ®éng kh¸c ë biÓn th êng biÓu hiÖn râ nhÊt ë trªn bÒ khèi l îng Tr¸i §Êt, r − b¸n kÝnh Tr¸i §Êt. B¸n kÝnh Tr¸i mÆt v t¾t dÇn víi ®é s©u. §Êt nãi mét c¸ch cÝnh x¸c kh«ng ph¶i l kh«ng ®æi. Tuy HiÖn nay, ®· tÝch lòy ® îc rÊt nhiÒu d÷ liÖu quan tr¾c nhiªn, c¸c b¸n kÝnh ë xÝch ®¹o v ë cùc cña Tr¸i §Êt chØ vÒ thñy triÒu ë vïng ven bê c¸c lôc ®Þa. Khã m nãi ® îc kh¸c biÖt nhau 21,4 km, v v× vËy ®èi víi nh÷ng môc ®Ých viÖc thu thËp nh÷ng d÷ liÖu ®ã b¾t ®Çu tõ khi n o. LÇn ®Çu nghiªn cøu cña chóng ta, th× cã thÓ xem Tr¸i §Êt l h×nh tiªn ng êi ta nh¾c tíi thñy triÒu ë biÓn Hång H¶i l v o thÕ cÇu lý t ëng víi b¸n kÝnh b»ng 6371,2 km. kû 5 tr íc CN (Ghero®«t, n¨m 484−428 tr íc CN). Còng 2) Lùc ly t©m kho¶ng thêi ®ã, ng êi ta ®· nhËn ra sù liªn hÖ gi÷a c¸c dao F2 = ω 2 r cos ϕ , (3.2) ®éng tuÇn ho n cña mùc n íc v chuyÓn ®éng cña MÆt ë ®©y ω − tèc ®é gãc xoay Tr¸i §Êt, b»ng 7,29 ⋅ 10 −5 s, ϕ − vÜ Tr¨ng (Piteas, n¨m 325 tr íc CN). Ng êi ta còng ®· nªu ra ®é ®iÓm quan tr¾c. nh÷ng gi¶ thiÕt vÒ sù liªn hÖ cña c¸c dao ®éng tuÇn ho n mùc n íc víi MÆt Trêi. Tuy nhiªn, nguyªn nh©n m MÆt C¸c lùc F1 v F2 ®èi víi mçi ®iÓm cña Tr¸i §Êt thùc tÕ Tr¨ng v MÆt Trêi cã kh¶ n¨ng t¹o ra hiÖn t îng thñy triÒu kh«ng ®æi theo thêi gian vÒ ®é lín v vÒ h íng v kh«ng cã trªn Tr¸i §Êt th× ch a hiÓu ® îc cho tíi khi Niut¬n ph¸t ¶nh h ëng n o tíi sù xuÊt hiÖn thñy triÒu. V× vËy tæng hîp biÓu ®Þnh luËt v¹n vËt hÊp dÉn v o n¨m 1687 v chøng lùc cña chóng l träng lùc. Nh ®· nãi, Tr¸i §Êt l h×nh cÇu minh r»ng hiÖn t îng thñy triÒu l hÖ qu¶ tÊt yÕu cña ®Þnh lý t ëng. luËt n y. 3) Lùc thø ba t¸c ®éng ë mçi ®iÓm cña mÆt Tr¸i §Êt l 201 202 http://www.ebook.edu.vn
lùc hót cña MÆt Tr¨ng ®èi víi mét ®¬n vÞ khèi l îng t¹i xung quanh träng t©m chung, th× chuyÓn ®éng nh vËy ®«i ®iÓm ®ang xÐt cña bÒ mÆt Tr¸i §Êt khi ® îc gäi l “quay m kh«ng xoay”. Tõ h×nh 3.1 suy ra, muèn cho hÖ thèng gåm hai vËt quay xung quanh träng M F3 = k , (3.3) 2 t©m chung cña chóng cã thÓ tån t¹i ® îc, th× ph¶i tháa m·n dM ®iÒu kiÖn EX = MD ( X v D − tuÇn tù l kho¶ng c¸ch tõ ë ®©y M − khèi l îng MÆt Tr¨ng, d M − kho¶ng c¸ch tõ träng t©m chung tíi nh÷ng t©m cña c¸c tinh tó). V× ®iÓm ®Õn t©m MÆt Tr¨ng. Lùc n y h íng vÒ phÝa MÆt D = D M − X , ë ®©y D M − kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c t©m Tr¸i §Êt Tr¨ng theo ® êng th¼ng nèi tõ ®iÓm ®ang xÐt trªn bÒ mÆt v MÆt Tr¨ng, nªn Tr¸i §Êt tíi t©m MÆt Tr¨ng. T¹i mçi ®iÓm cña Tr¸i §Êt, MDM h íng v gi¸ trÞ cña lùc n y kh¸c nhau. Lùc n y ®èi víi mét EX = M ( DM − X ) X= v . E+M ®iÓm ®ang xÐt còng kh«ng gi÷ nguyªn kh«ng ®æi trong thêi NÕu nhí r»ng DM = 60,3 r , E = 81,5M , ta cã gian. BiÕn thiªn theo thêi gian cña lùc n y ®èi víi ng êi 60,3 r quan s¸t trªn bÒ mÆt Tr¸i ®Êt l do chuyÓn ®éng xoay cña X= = 0,73 r , X ≈ 4600 km. hay 82,5 chÝnh Tr¸i §Êt, chuyÓn ®éng cña MÆt Tr¨ng xung quanh Ho n to n dÔ hiÓu r»ng, v× D kh«ng gi÷ nguyªn kh«ng Tr¸i §Êt, còng nh kho¶ng c¸ch gi÷a t©m Tr¸i §Êt v t©m ®æi, nªn vÞ trÝ träng t©m còng sÏ kh«ng gi÷ nguyªn kh«ng MÆt Tr¨ng kh«ng ngõng thay ®æi. §©y l mét trong hai lùc ®æi. h×nh th nh nªn lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng trªn Tr¸i §Êt. ChuyÓn ®éng cña hÖ thèng Tr¸i §Êt − MÆt Tr¨ng xung 4) §Ó x¸c lËp lùc thø hai hîp th nh lùc t¹o triÒu cña quanh träng t©m chung sÏ l m di chuyÓn tÊt c¶ c¸c b¸n MÆt Tr¨ng, ph¶i xem xÐt chuyÓn ®éng cña hÖ thèng Tr¸i §Êt − MÆt Tr¨ng. Th«ng th êng, chóng ta nãi MÆt Tr¨ng kÝnh Tr¸i §Êt song song víi nhau. Trong chuyÓn ®éng nh vËy, mçi ®iÓm trªn bÒ mÆt Tr¸i §Êt sÏ vÏ lªn mét vßng trßn quay xung quanh Tr¸i §Êt. Nh ng trªn thùc tÕ, c¶ hai vËt quü ®¹o cña m×nh, nh ng b¸n kÝnh cña c¸c vßng trßn Êy quay xung quanh mét träng t©m chung. NÕu ®Ó ®¬n gi¶n ta b»ng nhau v b»ng b¸n kÝnh cña vßng trßn quü ®¹o cña bá qua sù xoay cña Tr¸i §Êt v MÆt Tr¨ng quanh c¸c trôc t©m Tr¸i §Êt. cña chóng v chØ xem xÐt sù di chuyÓn cña c¸c vËt thÓ ®ã 203 204 http://www.ebook.edu.vn
Râ r ng sù quay nh vËy xung quanh träng t©m chung ph¶i g©y nªn trªn Tr¸i §Êt mét lùc ly t©m nh nhau t¹i ®iÓm bÊt kú cña Tr¸i §Êt, kÓ c¶ t¹i t©m cña nã. Trong ®ã thÊy r»ng, lùc ly t©m t¸c ®éng t¹i tÊt c¶ c¸c ®iÓm cña Tr¸i §Êt ph¶i song song víi ® êng nèi c¸c t©m Tr¸i ®Êt v MÆt Tr¨ng v h íng vÒ phÝa xa MÆt Tr¨ng. § ¬ng nhiªn, lùc ly t©m n y ph¶i c©n b»ng víi lùc m MÆt Tr¨ng hót mét ®¬n vÞ khèi l îng ë t©m Tr¸i §Êt, nÕu kh«ng th× hÖ thèng kh«ng thÓ tån t¹i. Do ®ã M F4 = k . (3.4) 2 DM Lùc ly t©m n y kh«ng gi÷ nguyªn, m biÕn thiªn víi thêi gian c¶ vÒ ®é lín v vÒ h íng. Song t¹i mét thêi ®iÓm x¸c ®Þnh, lùc n y ë tÊt c¶ c¸c ®iÓm cña Tr¸i §Êt l nh nhau vÒ ®é lín v vÒ h íng. Nh vËy, lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng ë mçi ®iÓm trªn Tr¸i §Êt cã thÓ xem nh l hîp lùc cña hai lùc: lùc hót cña M, M1, M2, M3, M4 − c¸c vÞ trÝ cña MÆt Tr¨ng E, E1, E2, E3, E4 − c¸c vÞ trÝ cña t©m Tr¸i §Êt MÆt Tr¨ng ®èi víi ®iÓm ®ang xÐt v lùc ly t©m xuÊt hiÖn A, A1, A2, A3, A4 − c¸c vÞ trÝ cña ®iÓm trªn mÆt Tr¸i §Êt trong khi hÖ thèng Tr¸i §Êt − MÆt Tr¨ng quay quanh träng vßng trßn quü ®¹o cña t©m Tr¸i §Êt vßng trßn quü ®¹o cña ®iÓm A trªn mÆt Tr¸i §Êt t©m chung (h×nh 3.2). r − b¸n kÝnh Tr¸i §Êt 0 − träng t©m cña hÖ thèng Tr¸i §©t − MÆt Tr¨ng Bëi v× lËp luËn trªn ®©y còng ho n to n ®óng víi tr êng hîp h×nh th nh lùc t¹o triÒu cña MÆt Trêi trªn Tr¸i H×nh 3.1. ChuyÓn ®éng cña hÖ thèng Tr¸i §Êt − MÆt Tr¨ng xung quanh träng t©m chung §Êt, nªn ta cã thÓ viÕt 205 206 http://www.ebook.edu.vn
hîp lùc cña c¸c lùc n y sÏ cã h íng ®i xa khái MÆt Tr¨ng. S S F5 = k F6 = k v , (3.5) 2 2 dS DS ChÝnh ®iÒu n y gi¶i thÝch tÝnh quy luËt c¬ b¶n cña thñy triÒu trªn Tr¸i §Êt − tÝnh chÊt b¸n nhËt thèng trÞ cña nã. trong ®ã S − khèi l îng MÆt Trêi, d S − kho¶ng c¸ch tõ §Ó tiÖn rót ra biÓu thøc gi¸ trÞ cña lùc t¹o triÒu nh l DS − kho¶ng ®iÓm trªn mÆt Tr¸i §Êt ®Õn t©m MÆt Trêi v hiÖu cña lùc hÊp dÉn t¹i ®iÓm ®ang xÐt v lùc hÊp dÉn t¹i c¸ch gi÷a c¸c t©m cña Tr¸i §Êt v MÆt Trêi. t©m Tr¸i §Êt, ta sö dông kh¸i niÖm thÕ vÞ. BiÕt r»ng thÕ vÞ cña lùc t¹i mét ®iÓm n o ®ã l mét h m cña täa ®é ®iÓm m ®¹o h m theo c¸c biÕn x, y v z b»ng h×nh chiÕu cña lùc ®ã trªn c¸c trôc täa ®é t ¬ng øng. H×nh 3.2. S¬ ®å h×nh th nh lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng trªn Tr¸i §Êt §Ó minh häa trùc quan, trªn h×nh 3.3 biÓu diÔn lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng v c¸c lùc th nh phÇn t¹o nªn nã. Lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng t¹i nh÷ng ®iÓm trªn bÒ mÆt Tr¸i §Êt quay vÒ phÝa MÆt Tr¨ng th× cã h íng ®i vÒ phÝa MÆt Tr¨ng, bëi v× ë ®©y lùc hÊp dÉn vÒ phÝa MÆt Tr¨ng lín h¬n so víi lùc ly t©m h íng ng îc l¹i. Cßn ®ã ë phÝa kh¸c cña bÒ mÆt H×nh 3.3. S¬ ®å xuÊt hiÖn lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng Tr¸i §Êt, lùc ly t©m lín h¬n lùc hót vÒ phÝa MÆt Tr¨ng v 207 208 http://www.ebook.edu.vn
kM 3.1.2. ThÕ vÞ cña c¸c lùc t¹o triÒu WM = , (3.7) D M + r 2 − 2 D M r cos z M 2 Tr íc hÕt, ta xÐt ¶nh h ëng chØ riªng cña MÆt Tr¨ng. §Æt gèc täa ®é ë t©m Tr¸i §Êt v lÊy c¸c trôc täa ®é bÊt ë ®©y z M − kho¶ng thiªn ®Ønh MÆt Tr¨ng ®èi víi ®iÓm P . ®éng trong vËt thÓ Tr¸i §Êt sao cho trôc oz h íng tíi cùc XuÊt ph¸t tõ lý thuyÕt v nh÷ng lËp luËn h×nh häc, dÔ b¾c, c¸c trôc ox v oy n»m trªn mÆt ph¼ng xÝch ®¹o. Gi¶ sö d ng nhËn ® îc biÓu thøc cña ®¹i l îng U : P − phÇn tö n íc ®¹i d ¬ng cã khèi l îng ®¬n vÞ (h×nh 3.4). M U =k r cos z M + C , (3.8) Ta ® a ra nh÷ng ký 2 DM hiÖu sau: U − thÕ vÞ lùc hÊp trong ®ã C − h»ng sè. dÉn t¹i t©m Tr¸i §Êt, W − VËy gi¸ trÞ cña lùc t¹o triÒu ® îc viÕt nh sau: thÕ vÞ lùc hÊp dÉn t¹i ®iÓm kM kM P , V − thÕ vÞ lùc t¹o triÒu. VM = − r cos z M − C . (3.9) 2 D M + r 2 − 2 D M r cos z M DM 2 Râ r ng T¹i t©m Tr¸i §Êt VM ph¶i b»ng kh«ng: r = 0 VM = 0 . Tõ ®ã V =W −U . kM Theo lý thuyÕt, thÕ vÞ C= . DM lùc hÊp dÉn MÆt Tr¨ng t¹i ®iÓm P ® îc biÓu diÔn b»ng Cuèi cïng H×nh 3.4. S¬ ®å hÖ thèng Tr¸i §Êt ph ¬ng tr×nh ®¬n gi¶n − MÆt Tr¨ng ®Ó dÉn lËp gi¸ trÞ thÕ kM kM kM VM = − r cos z M − . (3.10) vÞ lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng 2 DM + r − 2 D M r cos z M DM 2 2 M DM =k . (3.6) WM dM §Ó biÕn ®æi biÓu thøc n y, ta khai triÓn mÉu sè cña sè h¹ng ThÕ gi¸ trÞ d M x¸c ®Þnh thø nhÊt th nh chuçi, bá qua c¸c lòy thõa bËc ba v c¸c bËc ® îc tõ tam gi¸c PEM cao h¬n cña tû sè r / D : v o c«ng thøc (3.6), ta ® îc 209 210 http://www.ebook.edu.vn
ph ¬ng th¼ng ®øng v ph ¬ng ngang t¹i ®iÓm P . Th nh 1 − r2 2 2r 1 1 = 1− cos z M − 2 = phÇn th¼ng ®øng t×m b»ng c¸ch lÊy ®¹o h m cña biÓu thøc DM DM D M + r 2 − 2 D M r cos z M DM 2 (3.12) theo r . 2 2 2 ∂V M 3kMr 1 2r r 3 2r r 1 1 + ... = + cos z M − 2 = 1+ cos z M − 2 Fr = = 3 cos 2 z M − . (3.14) ∂r DM 2 DM 8 DM DM DM 3 DM 3 cos 2 z M − 1 r 2 §Ó t×m th nh phÇn ph ¬ng ngang cña lùc, ta lÊy ®¹o h m r 1 = 1+ cos z M + + ... . (3.11) ∂V M 2 DM DM 2 DM , trong ®ã ∂ = r∂ z M . Cuèi cïng nhËn ® îc ∂ ThÕ ®¹i l îng n y v o c«ng thøc (3.10), ta ® îc ∂V M 3 kMr F= = sin 2 z M . (3.15) 3 Mr 2 1 r∂z M 2 D M3 = k 3 cos 2 z M − . (3.12) VM 2 DM 3 Chóng ta quy íc xem c¸c lùc l d ¬ng nÕu chóng §èi víi MÆt Trêi dÔ d¹ng nhËn ® îc mét biÓu thøc h íng tõ t©m Tr¸i §Êt v vÒ phÝa tinh tó. t ¬ng tù nh (3.12) nÕu lÆp l¹i nh÷ng lËp luËn nh trªn: 2kMr Khi z M = 0 Fr = F = 0, th× v 3 Sr 2 1 3 DM V S = k 3 cos 2 z S − , 2 DS 3 tøc lùc th¼ng ®øng cùc ®¹i, h íng tõ t©m Tr¸i §Êt ra, cßn ë ®©y S − khèi l îng MÆt Trêi, DS − kho¶ng c¸ch tõ t©m th nh phÇn ph ¬ng ngang b»ng kh«ng. Tr¸i §Êt ®Õn MÆt Trêi, z S − kho¶ng thiªn ®Ønh cña MÆt kMr F = 0, Khi z M = 90 Fr = − th× v Trêi ®èi víi ®iÓm P . 3 DM tøc th nh phÇn ph ¬ng ngang b»ng kh«ng, cßn th nh phÇn 3.1.3. Lùc t¹o triÒu th¼ng ®øng hai lÇn nhá h¬n so víi gi¸ trÞ cña nã khi z M = 0 Tõ biÓu thøc cña h m thÕ vÞ lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng v h íng tõ ngo i v o t©m Tr¸i §Êt. (3.12), dÔ d ng x¸c ®Þnh c¸c th nh phÇn cña lùc n y b»ng c¸ch lÊy c¸c ®¹o h m. Ta sÏ t×m c¸c th nh phÇn lùc trªn 211 212 http://www.ebook.edu.vn
h¬n thÕ vÞ lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng, nªn gi¸ trÞ c¸c th nh 3 kMr F sÏ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i F = khi z M = 45 . Lùc 3 2 DM phÇn lùc còng sÏ nhá h¬n ®óng ngÇn Êy lÇn. Fr = 0 khi z M = 54 . DÔ d ng theo dâi sù biÕn thiªn cña c¸c Nh vËy, chóng ta ®i ®Õn kÕt luËn r»ng c¶ hai th nh phÇn lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi ®Òu rÊt nhá so lùc khi z M cã trÞ sè thuéc c¸c cung phÇn t kh¸c. víi lùc träng tr êng. Do ®ã, c¸c th nh phÇn ph ¬ng th¼ng VËy trÞ sè lín nhÊt cña th nh phÇn th¼ng ®øng b»ng ®øng cña c¸c lùc chØ cã kh¶ n¨ng l m biÕn ®æi träng lùc mét 2kMr 3 kMr v cña th nh phÇn ph ¬ng ngang b»ng . chót v kh«ng thÓ l nguyªn nh©n g©y nªn nh÷ng chuyÓn 3 3 2 DM DM ®éng n íc ®¹i d ¬ng m¹nh mÏ nh chóng ta ®· thÊy. E Chóng ta sÏ so s¸nh nh÷ng trÞ sè n y víi träng lùc g = k 2 . Ng îc l¹i, th nh phÇn ph ¬ng ngang t¸c ®éng trong mÆt r ph¼ng ngang kh«ng cã mÆt lùc träng tr êng nªn nã cã thÓ ë ®©y, chóng ta sÏ kh«ng tÝnh ®Õn lùc ly t©m. Khi ®ã g©y ra nh÷ng di chuyÓn ®¸ng kÓ cña c¸c phÇn tö n íc v gr 2 k= v nÕu thÕ k v o c¸c biÓu thøc (3.14) v (3.15), xem l m xuÊt hiÖn thñy triÒu ë ®¹i d ¬ng. E M / E ≈ 1 / 80 , D M ≈ 60 r , ta ® îc 3.2. C¬ së lý thuyÕt tÜnh häc vÒ thñy triÒu 2 gr 3 M 3 gr 3 M g g Fr = ≈ F= ≈ v . 3 3 9 000 000 2 D M E 12 000 000 DM E Lý thuyÕt thñy triÒu ®Çu tiªn do Niut¬n x©y dùng v ® îc gäi l thuyÕt thñy triÒu c©n b»ng, hay thuyÕt thñy Tõ ®©y thÊy r»ng, c¸c th nh phÇn cña lùc t¹o triÒu rÊt triÒu tÜnh häc. C¬ së cña thuyÕt n y l nh÷ng tiªn ®Ò sau: nhá so víi träng lùc. 1) mÆt Tr¸i §Êt ë kh¾p n¬i ® îc bao phñ bëi ®¹i d ¬ng NÕu so s¸nh c¸c h m thÕ vÞ lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng cã ®é s©u v« h¹n; v cña MÆt Trêi (3.12) v (3.13), dÔ d ng nhËn ® îc 2) Tr¸i §Êt l vËt thÓ r¾n tuyÖt ®èi (thuyÕt n y bá qua 3 V M MDS = = 2,172 . nh÷ng biÕn d¹ng ® n håi cña vá Tr¸i §Êt); 3 VS SD M 3) n íc l chÊt láng kh«ng nhít v kh«ng qu¸n tÝnh. V× gi¸ trÞ thÕ vÞ lùc t¹o triÒu MÆt Trêi 2,172 lÇn nhá 213 214 http://www.ebook.edu.vn
Trªn c¬ së nh÷ng tiªn ®Ò n y, ®· gi¶ thiÕt r»ng ®¹i t¸c ®éng cña thÕ vÞ lùc trong lý thuyÕt tÜnh häc. ThÕ vÕ tr¸i d ¬ng cã kh¶ n¨ng ph¶n øng tøc thêi víi t¸c ®éng cña lùc cña biÓu thøc (3.17) v o biÓu thøc (3.18) thay cho V M + S v t¹o triÒu, tøc hiÖu thÕ vÞ cña träng lùc ë mùc n íc biÓn kE thay cho g , ta ® îc r2 trung b×nh v mùc thñy triÒu t¹i mäi thêi ®iÓm cÇn ph¶i b»ng thÕ vÞ lùc t¹o triÒu, nghÜa l t¹i mäi thêi ®iÓm ph¶i 3 M r4 3 S r4 1 1 hM + S = cos 2 z M − + cos 2 z S − . (3.19) tháa m·n sù c©n b»ng c¸c lùc. 3 3 2 E DM 2 E DS 3 3 D íi d¹ng gi¶i tÝch, ®iÒu kiÖn n y ® îc viÕt nh sau: BiÓu thøc n y kh«ng thuËn tiÖn cho viÖc sö dông thùc tÕ, kE kE bëi v× kho¶ng thiªn ®Ønh cña tinh tó biÕn thiªn ë mçi ®iÓm − = r + hM + S r theo quy luËt phøc t¹p, l h m cña nhiÒu ®èi sè: vÜ ®é ®iÓm quan tr¾c ϕ , ®é xÝch vÜ cña tinh tó δ v gãc giê cña tinh tó 3 kMr 2 3 kSr 2 1 1 = cos 2 z M − + cos 2 z S − . (3.16) 3 3 2 DM 3 2 DS 3 A. Tõ l îng gi¸c cÇu ® îc biÕt r»ng Sè h¹ng thø nhÊt ë vÕ tr¸i chØ thÕ vÞ träng lùc ë mùc trung b×nh, sè h¹ng thø hai − ë mùc thñy triÒu, hM + S − ®é cos Z = sin ϕ sin δ + cos ϕ cos δ cos A . (3.20) d©ng mùc n íc thñy triÒu trªn mùc n íc trung b×nh. ThÕ c¸c gi¸ trÞ t ¬ng øng cña cos Z tõ (3.20) v o biÓu §Ó ý r»ng hM + S
®èi sè δ M , DM , δ S v 3 S r 4 (1 − 3 sin 2 δ S )(1 − 3 sin 2 ϕ ) DS . V× AM thay ®æi víi chu kú mét + + 3 ng y MÆt Tr¨ng 24 giê 50 phót, cßn AS − víi chu kú 24 giê, 2 E DS 6 nªn c¸c sè h¹ng thø hai cña biÓu thøc (3.21) chøng tá sù 1 1 sin 2ϕ sin 2δ S cos AS + cos 2 ϕ cos 2 δ S cos AS . + (3.21) hiÖn diÖn c¸c thñy triÒu to n nhËt trong ®¹i d ¬ng víi ®iÒu 2 2 kiÖn δ M v δ S kh«ng b»ng kh«ng. Trong ®ã c¸c chu kú cña Ta xem xÐt biÓu thøc n y mét c¸ch chi tiÕt h¬n. Tr íc thñy triÒu to n nhËt MÆt Tr¨ng v thñy triÒu to n nhËt hÕt, theo lý thuyÕt tÜnh häc, thñy triÒu trong ®¹i d ¬ng MÆt Trêi kh«ng liªn quan lÉn nhau v c¸c biªn ®é cña ph¶i l mét hiÖn t îng phøc t¹p, gåm tæng cña c¸c dao ®éng chóng tuÇn tù phô thuéc v o δ M , DM , δ S v DS . víi chu kú kh¸c nhau. NÕu chó ý tíi nh÷ng sè h¹ng thø nhÊt trong c¸c dÊu ngoÆc vu«ng, ta thÊy gi¸ trÞ cña chóng Cuèi cïng, nh÷ng sè h¹ng cuèi cïng trong c¸c dÊu phô thuéc v o biÕn thiªn cña δ M , DM , δ S v DS . Nh÷ng ®èi ngoÆc vu«ng cho thÊy r»ng trong ®¹i d ¬ng cã mÆt c¸c thñy sè n y biÕn thiªn chËm. §é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng biÕn ®æi víi triÒu b¸n nhËt MÆt Tr¨ng v b¸n nhËt MÆt Trêi, cã c¸c chu chu kú b»ng mét th¸ng chÝ tuyÕn (27,32 ng y), cßn kho¶ng kú gÇn b»ng nhau, nh ng kh¸c nhau v còng phô thuéc v o c¸ch gi÷a c¸c t©m Tr¸i §Êt v MÆt Tr¨ng biÕn ®æi víi chu c¸c ®é xÝch vÜ cña c¸c tinh tó v kho¶ng c¸ch tõ Tr¸i §Êt tíi kú b»ng mét th¸ng dÞ th êng (27,55 ng y). Mét c¸ch t ¬ng chóng. øng, δ S biÕn thiªn víi chu kú b»ng mét n¨m thiªn v¨n Nh vËy, cã thÓ kÕt luËn r»ng, thËm chÝ thñy triÒu MÆt (365,24 ng y), cßn DS − víi chu kú b»ng mét n¨m dÞ th êng Tr¨ng − MÆt Trêi tÜnh häc, tøc thñy triÒu ® îc rót ra tõ nh÷ng quan niÖm rÊt ®¬n gi¶n v nh÷ng gi¶ ®Þnh rÊt nh©n (356,26 ng y). Nh vËy, tõ biÓu thøc (3.21) suy ra r»ng, t¹o vÒ b¶n chÊt xuÊt hiÖn, nÕu nh cã thùc sù tån t¹i trong trong ®¹i d ¬ng ph¶i quan tr¾c thÊy thñy triÒu víi c¸c chu ®¹i d ¬ng th× còng l mét hiÖn t îng kh¸ phøc t¹p. § ¬ng kú lín h¬n mét ng y, gäi l c¸c thñy triÒu chu kú d i. nhiªn, thñy triÒu thùc h×nh th nh theo nh÷ng quy luËt Sù biÕn thiªn c¸c gi¸ trÞ cña c¸c sè h¹ng thø hai trong phøc t¹p h¬n trong c¸c ®¹i d ¬ng bÞ chia c¾t bëi c¸c lôc ®Þa c¸c dÊu ngoÆc vu«ng ® îc x¸c ®Þnh tr íc hÕt bëi sù biÕn víi h×nh d¹ng ® êng bê v ®é s©u kh¸c nhau th× ph¶i l thiªn cña gãc giê AM v AS cña c¸c tinh tó còng nh bëi c¸c mét trong nh÷ng hiÖn t îng phøc t¹p nhÊt trªn Tr¸i §Êt. 217 218 http://www.ebook.edu.vn
cña Tr¸i §Êt, ë tÊt c¶ c¸c ®iÓm cña nã ph¶i quan s¸t thÊy thñy triÒu b¸n nhËt, ngo i ra c¸c gi¸ trÞ cùc ®¹i ph¶i ë xÝch ®¹o. Khi t¨ng gãc xÝch vÜ MÆt Tr¨ng, xuÊt hiÖn th nh phÇn thñy triÒu to n nhËt, ë c¸c vÜ ®é thÊp th nh phÇn n y dÉn tíi triÒu sai ng y vÒ c¸c ®é cao triÒu cùc ®¹i, cßn ë c¸c vÜ ®é trung n×nh, nã dÉn tíi nhËt triÒu khi gi¸ trÞ ®é xÝch vÜ cùc ®¹i. Bøc tranh sÏ phøc t¹p h¬n nhiÒu nÕu ®ång thêi xem xÐt c¶ hai ellipsoit xoay cña thñy triÒu MÆt Tr¨ng v thñy triÒu MÆt Trêi. Trong thùc tÕ, bÒ mÆt ®¹i d ¬ng d íi t¸c ®éng lùc t¹o triÒu kh«ng cã h×nh d¹ng c©n b»ng, tuy nhiªn thuyÕt tÜnh H×nh 3.5. Tæ hîp mÆt häc ®· cho phÐp gi¶i thÝch nhiÒu quy luËt biÓu hiÖn thñy ellipsoit xoay cña thñy triÒu triÒu trªn Tr¸i §Êt. Gi¸ trÞ cña thuyÕt n y trong nghiªn MÆt Tr¨ng t¹i gãc xÝch vÜ MÆt Tr¨ng b»ng 0 (a) v gãc cøu thñy triÒu trªn Tr¸i §Êt rÊt lín. D íi ®©y chóng ta sÏ xÝch vÜ nam cùc ®¹i (b) xem nh÷ng quy luËt biÓu hiÖn thñy triÒu n o cã thÓ gi¶i thÝch ® îc b»ng lý thuyÕt n y, cßn nh÷ng quy luËt n o th× B©y giê ta xÐt mùc n íc ®¹i d ¬ng sÏ biÕn d¹ng nh kh«ng thÓ gi¶i thÝch ® îc. thÕ n o trong thñy triÒu tÜnh häc. DÔ d ng thÊy r»ng, c¸c sè h¹ng ë vÕ ph¶i biÓu thøc (3.19) x¸c ®Þnh c¸c mÆt c©n b»ng l nh÷ng ellipsoit xoay cã c¸c trôc lín h íng tíi phÝa tinh 3.3. §Æc tr ng tæng qu¸t vÒ thñy triÒu tó. ThÝ dô, trªn h×nh 3.5 biÓu diÔn c¸c thiÕt diÖn mÆt ellipsoit xoay cña thñy triÒu MÆt Tr¨ng khi gãc xÝch vÜ MÆt 3.3.1. C¸c yÕu tè thñy triÒu chÝnh v c¸c chuyªn tõ Tr¨ng b»ng 0 v b»ng cùc ®¹i ë phÝa nam. H×nh vÏ minh Thñy triÒu lªn l sù d©ng mùc n íc so víi vÞ trÝ trung häa rÊt tèt biÓu thøc (3.21). Khi δ M = 0 , do hÖ qu¶ sù xoay b×nh cña nã khi sãng triÒu ®i qua, cßn thñy triÒu xuèng − sù 219 220 http://www.ebook.edu.vn
h¹ thÊp cña mùc n íc. Trong c¸c dao ®éng mùc n íc trong ®ã mùc n íc d©ng lªn tõ n íc rßng tíi n íc lín. sãng triÒu ng êi ta ph©n biÖt mét lo¹t c¸c yÕu tè ®Æc tr ng (h×nh 3.6). N íc lín l mùc n íc cùc ®¹i trong kho¶ng thêi gian mét chu kú dao ®éng triÒu, cßn n íc rßng − mùc n íc cùc tiÓu trong kho¶ng thêi gian ®ã. Chu kú triÒu − kho¶ng thêi gian gi÷a hai n íc lín hoÆc hai n íc rßng liªn tiÕp nhau. §é cao thñy triÒu − vÞ trÝ mùc n íc thñy triÒu so víi sè kh«ng ®é s©u, sè kh«ng ®é s©u − mùc n íc thÊp nhÊt cã thÓ theo c¸c nguyªn nh©n thiªn v¨n; hNL − ®é cao n íc lín, hNR − ®é cao n íc rßng. Biªn ®é triÒu − hiÖu gi÷a ®é cao n íc lín hay n íc rßng v mùc n íc trung b×nh, viÖc x¸c ®Þnh mùc n íc trung b×nh sÏ ® îc xem xÐt ë mét môc sau ®©y. §é lín triÒu B − hiÖu c¸c mùc n íc lín v n íc rßng l©n cËn nhau: B = hNL − hNR . Thêi gian n íc lín t NL − thêi ®iÓm xuÊt hiÖn n íc lín, thêi gian n íc rßng t NR − thêi ®iÓm xuÊt hiÖn n íc rßng. H×nh 3.6. C¸c yÕu tè thñy triÒu (a − thñy triÒu ®Òu, b − thñy triÒu hçn hîp) Thêi gian d©ng mùc n íc Td − kho¶ng thêi gian trong 221 222 http://www.ebook.edu.vn
Thêi gian rót mùc n íc Tr − kho¶ng thêi gian trong ®ã lín cña mét ng y, gäi ®é cao n íc lín thÊp l hNLT . mùc n íc gi¶m tíi n íc rßng. N íc rßng cao, NRC − n íc rßng cao h¬n trong hai n íc Thêi gian n íc ®øng TC − kho¶ng thêi gian trong ®ã rßng cña mét ng y. N íc rßng thÊp, NRT − n íc rßng thÊp h¬n trong hai mùc n íc ®¹t tíi ®é cao nhÊt ®Þnh v dõng l¹i. n íc rßng cña mét ng y. NguyÖt kho¶ng TL − hiÖu gi÷a thêi ®iÓm th îng ®Ønh Biªn ®é lín thñy triÒu trong mét ng y A = hNLC − A0 . MÆt Tr¨ng trªn kinh tuyÕn ®iÓm quan tr¾c v thêi ®iÓm xuÊt hiÖn n íc lín gÇn nhÊt. Biªn ®é nhá thñy triÒu trong mét ng y a = hNLT − A0 . Giê thùc dông trung b×nh − trung b×nh cña c¸c nguyÖt §é lín thñy triÒu lín trong mét ng y B = hNLC − hNRT . kho¶ng trong nöa th¸ng MÆt Tr¨ng. §é lín thñy triÒu nhá trong mét ng y b = hNLT − hNRC . Giê thùc dông cña c¶ng − trung b×nh cña c¸c nguyÖt kho¶ng øng víi ®iÒu kiÖn kho¶ng c¸ch trung b×nh tõ Tr¸i 3.3.2. Ph©n lo¹i thñy triÒu §Êt tíi MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi v ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng v Quan tr¾c dao ®éng mùc n íc cho thÊy ®Æc ®iÓm c¸c MÆt Trêi b»ng kh«ng. hiÖn t îng triÒu ë c¸c biÓn v ®¹i d ¬ng rÊt ®a d¹ng. Tuy Tuy nhiªn, thñy triÒu biÓu diÔn trªn h×nh 3.6a th êng nhiªn, trong sù ®a d¹ng ®ã cã thÓ ph©n chia c¸c dao ®éng Ýt gÆp thÊy. Phæ biÕn nhÊt l thñy triÒu trong ®ã c¸c n íc thñy triÒu th nh mét sè kiÓu (h×nh 3.7). lín v c¸c n íc rßng l©n cËn kh«ng b»ng nhau v thêi gian Thñy triÒu b¸n nhËt. Chu kú dao ®éng trong thñy d©ng v rót n íc kh«ng nh nhau (h×nh 3.6b). Trong triÒu b¸n nhËt b»ng nöa ng y MÆt Tr¨ng, tøc 12 giê 25 tr êng hîp n y cÇn ® a ra nh÷ng chuyªn tõ bæ sung d íi phót. Thêi gian d©ng v thêi gian rót mùc n íc gÇn b»ng ®©y. nhau, kh¸c biÖt vÒ c¸c ®é cao c¸c n íc lín l©n cËn hay c¸c N íc lín cao, NLC − n íc lín cao h¬n trong hai n íc n íc rßng l©n cËn kh«ng nhiÒu v biÕn tr×nh mùc n íc gÇn lín cña mét ng y, gäi ®é cao n íc lín cao l hNLC . gièng h×nh sin. Biªn ®é thñy triÒu biÕn thiªn trong th¸ng N íc lín thÊp, NLT − n íc lín thÊp h¬n trong hai n íc tr íc hÕt theo pha MÆt Tr¨ng: biªn ®é cùc ®¹i v o thêi gian 223 224 http://www.ebook.edu.vn
c¸c ng y tr¨ng trßn v tr¨ng non, cùc tiÓu khi MÆt Tr¨ng l c ng t¨ng nÕu ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng t¨ng lªn v ®¹t gi¸ n»m ë cung phÇn t thø nhÊt v thø ba. trÞ lín nhÊt v o nh÷ng ng y ®é xÝch vÜ cùc ®¹i. Thñy triÒu lo¹i n y gièng víi thñy triÒu b¸n nhËt nhÊt v o thêi kú MÆt Thñy triÒu to n nhËt. Chu kú dao ®éng mùc n íc Tr¨ng chuyÓn qua mÆt ph¼ng xÝch ®¹o. trong thñy triÒu to n nhËt b»ng mét ng y MÆt Tr¨ng, tøc Thñy triÒu to n nhËt kh«ng ®Òu gièng víi thñy triÒu 24 giê 50 phót. Thêi gian d©ng v rót mùc n íc còng gÇn to n nhËt vÒ tÝnh chÊt. V o nh÷ng thêi ®iÓm ®é xÝch vÜ MÆt b»ng nhau nh trong thñy triÒu b¸n nhËt. Kh¸c biÖt vÒ c¸c Tr¨ng cùc ®¹i th× thñy triÒu mang tÝnh chÊt to n nhËt ®iÓn ®é cao c¸c n íc lín l©n cËn hay c¸c n íc rßng l©n cËn h×nh, trong ®ã th êng quan s¸t thÊy n íc ®øng. Khi MÆt kh«ng lín, Ýt ra l trong phÇn lín thêi gian mét th¸ng MÆt Tr¨ng chuyÓn qua mÆt ph¼ng xÝch ®¹o xuÊt hiÖn n íc lín Tr¨ng. D¹ng cña biÕn tr×nh mùc n íc còng gÇn gièng h×nh thø hai trong ng y v thÊy tÝnh chÊt thñy triÒu b¸n nhËt sin. Biªn ®é phô thuéc v o ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng v th êng trong mét sè ng y, nh ng biªn ®é thñy triÒu trong tr êng lín nhÊt t¹i hoÆc sau c¸c thêi ®iÓm ®é xÝch vÜ b¾c hoÆc nam hîp ®ã rÊt nhá. cùc ®¹i. C¸c thñy triÒu dÞ th êng. §ã l c¸c kiÓu thñy triÒu V o c¸c thêi kú MÆt Tr¨ng ®i qua xÝch ®¹o Tr¸i §Êt hoÆc sau ®ã quan s¸t thÊy xuÊt hiÖn sãng b¸n nhËt trong n íc n«ng, thñy triÒu b¸n nhËt kÐp, thñy triÒu b¸n nhËt thÞ biÕn tr×nh mùc n íc. Biªn ®é dao ®éng mùc n íc v o thêi sai v thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi. C¸c kiÓu thñy triÒu kú n y cùc tiÓu. n y Ýt phæ biÕn v chØ thÊy ë mét sè vïng cña §¹i d ¬ng ThÕ giíi. Thñy triÒu hçn hîp. §©y l kiÓu thñy triÒu kh¸ phæ NÐt kh¸c biÖt cña thñy triÒu n íc n«ng l kh«ng cã biÕn. Nã chia th nh hai nhãm: thñy triÒu b¸n nhËt kh«ng tÝnh ®èi xøng gi÷a d©ng v rót mùc n íc. Thêi gian d©ng ®Òu v thñy triÒu to n nhËt kh«ng ®Òu. v thêi gian rót mùc n íc kh¸c nhau nhiÒu. B¶n th©n tªn Thñy triÒu b¸n nhËt kh«ng ®Òu gÇn gièng thñy triÒu gäi nãi lªn r»ng kiÓu thñy triÒu n y quan s¸t thÊy ë nh÷ng b¸n nhËt. Trong vßng mét th¸ng cã hai n íc lín v hai vïng n íc n«ng. ThÝ dô, ë c¸c biÓn B¾c H¶i v B¹ch H¶i l n íc rßng mét ng y, song ®é cao c¸c n íc lín v c¸c n íc ®iÓn h×nh vÒ kiÓu thñy triÒu n y. §«i khi do ¶nh h ëng cña rßng l©n cËn kh¸c nhau nhiÒu. Trong ®ã kh¸c biÖt th êng 225 226 http://www.ebook.edu.vn
n íc n«ng m¹nh ®Õn nçi trong biÕn tr×nh thñy triÒu b¸n nhËt xuÊt hiÖn nh÷ng n íc lín, n íc rßng phô v thñy triÒu trë th nh b¸n nhËt kÐp. Thñy triÒu nh vËy cùc kú hiÕm. ThÝ dô, chóng chØ gÆp trong kªnh Anh t¹i c¸c tr¹m Portlen v Southemton. Thñy triÒu b¸n nhËt thÞ sai còng rÊt hiÕm thÊy. Trong kiÓu thñy triÒu n y biªn ®é thñy triÒu b¸n nhËt biÕn thiªn kh«ng tïy thuéc v o pha MÆt Tr¨ng, tøc víi chu kú nöa th¸ng, m tïy thuéc v o kho¶ng c¸ch tíi MÆt Tr¨ng. Thñy triÒu cùc ®¹i v o thêi ®iÓm cËn ®iÓm MÆt Tr¨ng v cùc tiÓu v thêi ®iÓm viÔn ®iÓm. KiÓu thñy triÒu n y thÊy ë biÓn Bering v vÞnh Crest. Chu kú cña thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi b»ng 12 giê. Do ®ã c¸c n íc lín v n íc rßng lu«n quan s¸t thÊy v o cïng nh÷ng giê nh nhau. KiÓu thñy triÒu n y thÊy ë Kotabaru thuéc ®¶o Bocneo v ë Airow thuéc bê nam n íc óc. H×nh 3.7. C¸c ® êng cong dao ®éng mùc n íc trong thñy triÒu b¸n nhËt (Serra-Leon), hçn hîp (Hång C«ng) v to n nhËt (Hßn DÊu) th¸ng 3/1936 N v S − ®é xÝch vÜ b¾c v nam cùc ®¹i, E − MÆt Tr¨ng ë xÝch ®¹o, A v P − viÔn ®iÓm v cËn ®iÓm MÆt Tr¨ng 227 228 http://www.ebook.edu.vn
3.3.3. Nh÷ng quy luËt ®Þa lý cña dao ®éng mùc n íc thñy triÒu VÒ nh÷ng quy luËt thñy triÒu ë c¸c vïng kh¸c nhau cña §¹i d ¬ng ThÕ giíi cã thÓ nhËn xÐt chñ yÕu theo d÷ liÖu H×nh 3.8. TÝnh chÊt v ®é lín cùc ®¹i cña thñy triÒu (theo §uvanhin) quan tr¾c t¹i c¸c bê lôc ®Þa v ®¶o. N¨m 1960 A. I. §uvanhin ®· tæng quan rÊt nhiÒu quan tr¾c kiÓu ®ã v lËp ra b¶n ®å tÝnh chÊt v ®é lín cùc ®¹i cña thñy triÒu (h×nh 3.8). Tõ h×nh (3.8) thÊy r»ng thñy triÒu b¸n nhËt thèng trÞ trªn §¹i d ¬ng ThÕ giíi. Nã quan tr¾c thÊy hÇu nh ë mäi vïng bê §¹i T©y D ¬ng, Ên §é D ¬ng, B¾c B¨ng D ¬ng, trõ mét v i ngo¹i lÖ kh«ng lín. Thñy triÒu lo¹i hçn hîp ®Æc tr ng cho c¸c vïng bê Th¸i B×nh D ¬ng v theo c¸c d÷ liÖu quan tr¾c nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ë vïng bê Nam Cùc. Thñy triÒu to n nhËt Ýt phæ biÕn nhÊt. Nã quan tr¾c thÊy chñ yÕu ë khu vùc t©y nam cña Th¸i B×nh D ¬ng, vÞnh Mªhic«, mét ®o¹n ng¾n bê t©y nam n íc óc, trong biÓn ¤kh«t. §é lín thñy triÒu, nh ®· thÊy tõ h×nh 3.8, phô thuéc v o h×nh d¹ng ® êng bê: trong c¸c vÞnh v eo hÑp, ®é lín thñy triÒu th êng lín h¬n râ rÖt so víi ë c¸c vïng bê tho¸ng. Th«ng th êng ë c¸c ®¶o thÊy thñy triÒu t ¬ng ®èi yÕu (0,5−1,0 m). Thñy triÒu lín nhÊt, nh ®· nãi, ® îc thÊy ë vÞnh Fun®y thuéc bê phÝa ®«ng B¾c Mü (18 m), mòi t©y 229 230 http://www.ebook.edu.vn
nam ®¶o Baphin (15,6 m). Thñy triÒu rÊt lín ® îc thÊy ë bê kªnh Anh, bê t©y n íc Anh v ë vÞnh Aliaska, bê ®«ng nam Nam Mü, vïng ®«ng b¾c biÓn ¶ RËp v bê t©y b¾c n íc óc (10−15 m). Däc bê n íc Nga, thñy triÒu lín nhÊt quan tr¾c ® îc ë vÞnh Mezen (10,0 m) v vòng Pengin (12,9 m). Nãi chung, thñy triÒu lín nhÊt quan tr¾c ® îc ë bê b¾c b¸n ®¶o Konsky, vïng bê b¸n ®¶o Kanhin v bê b¾c biÓn ¤kh«t (4−7 m). Trong biÓn Kar¬, hÇu nh kh«ng n¬i n o cã thñy triÒu v ît qu¸ 1,0 m, cßn ë khu vùc phÝa ®«ng thñy vùc B¾c Cùc 0,3 m. Däc vïng bê biÓn Bering, thñy triÒu b»ng gÇn 2,0 m. Däc bê biÓn Baltic dao ®éng mùc n íc thñy triÒu kh«ng qu¸ mét sè cm. 3.4. TriÒu sai H×nh 3.9. Sù xuÊt hiÖn triÒu sai ng y 3.4.1. TriÒu sai ng y TriÒu sai ng y xuÊt hiÖn do hÖ qu¶ céng hai dao ®éng Chóng ta ®· l m quen víi triÒu sai ng y ë môc tr íc, v× víi nhau: dao ®éng b¸n nhËt v to n nhËt (h×nh 3.9). Cßn nã ®Æc tr ng cho sù kh«ng b»ng nhau vÒ ®é cao cña hai nh÷ng biÕn thiªn vÒ t ¬ng quan gi÷a c¸c biªn ®é cña nh÷ng n íc lín v hai n íc rßng kÕ tiÕp nhau trong vßng mét sãng n y víi chu kú nöa th¸ng v nöa n¨m th× dÉn tíi sù ng y v sù kh«ng b»ng nhau vÒ thêi gian d©ng v rót mùc biÕn thiªn cña triÒu sai ng y theo thêi gian. NÕu chó ý tíi n íc. § ¬ng nhiªn, triÒu sai ng y chØ cã ý nghÜa ®èi víi c«ng thøc (3.21), sÏ thÊy r»ng c¸c biªn ®é sãng thñy triÒu thñy triÒu b¸n nhËt v thñy triÒu hçn hîp. b¸n nhËt v to n nhËt phô thuéc tr íc hÕt v o ®é xÝch vÜ 231 232 http://www.ebook.edu.vn
cña c¸c tinh tó. V nÕu nhí l¹i r»ng thñy triÒu MÆt Tr¨ng 3.4.2. TriÒu sai pha (nöa th¸ng) lín h¬n thñy triÒu MÆt Trêi h¬n hai lÇn, th× cã thÓ cho r»ng Víi cïng ®é xÝch vÜ cña MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi, cø hai triÒu sai ng y ph¶i phô thuéc tr íc hÕt v o ®é xÝch vÜ MÆt lÇn trong thêi gian mét th¸ng MÆt Tr¨ng syno®ic th× MÆt Tr¨ng, tøc t¨ng dÇn khi t¨ng ®é xÝch vÜ. Tr¨ng, MÆt Trêi v t©m Tr¸i §Êt l¹i n»m trªn mét ® êng TriÒu sai ng y ®Æc tr ng cho phÇn lín c¸c tr¹m trªn th¼ng. §iÒu ®ã x¶y ra v o thêi ®iÓm tr¨ng trßn v tr¨ng §¹i d ¬ng ThÕ giíi, bëi v× thñy triÒu b¸n nhËt ®Òu lý t ëng non. T¸c ®éng cña c¸c lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi hÇu nh kh«ng gÆp thÊy. § îc biÕt r»ng, thñy triÒu b¸n trong tr êng hîp n y céng l¹i víi nhau (c¸c trôc lín cña nhËt ®Òu gÇn lý t ëng quan tr¾c ® îc ë Boston, vÞnh nh÷ng ellipsoit xoay cña MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi trïng víi Konski, trªn ®¶o Zanziba v mét lo¹t tr¹m kh¸c. Nh nhau). Do kÕt qu¶ céng c¸c biªn ®é cña thñy triÒu b¸n nhËt chóng t«i ®· nãi, thñy triÒu to n nhËt thuÇn tóy còng cùc MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi m thñy triÒu tæng cã biªn ®é cùc kú hiÕm. ®¹i. Thñy triÒu nh vËy ® îc gäi l thñy triÒu sãc väng. V o Nh ng ph¶i l u ý r»ng, trong ®¹i d ¬ng thùc triÒu sai c¸c tuÇn tr¨ng thø nhÊt v thø ba, c¸c trôc lín cña c¸c ng y phô thuéc kh«ng chØ v o nh÷ng nguyªn nh©n thiªn ellipsoit xoay MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi vu«ng gãc víi nhau. v¨n, m cßn v o c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa lý tù nhiªn cña tr¹m Biªn ®é triÒu MÆt Trêi bÞ trõ khái biªn ®é triÒu MÆt Tr¨ng quan tr¾c. v thñy triÒu kÕt hîp cã biªn ®é cùc tiÓu. Thñy triÒu nh vËy ® îc gäi l thñy triÒu trùc thÕ. S¬ ®å chung vÒ vÞ trÝ MÆt TriÒu sai ng y cßn biÓu hiÖn vÒ thêi gian xuÊt hiÖn Tr¨ng v MÆt Trêi v o c¸c thêi ®iÓm sãc väng v trùc thÕ v n íc lín thñy triÒu t ¬ng øng so víi c¸c thêi ®iÓm th îng sù h×nh th nh triÒu sai pha ® îc biÓu diÔn trªn h×nh 3.10. ®Ønh trªn v d íi cña MÆt Tr¨ng, tøc hai nguyÖt kho¶ng l©n cËn kh«ng b»ng nhau. Kho¶ng thêi gian gi÷a c¸c thêi ®iÓm th îng ®Ønh ®ång thêi cña MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi trªn kinh tuyÕn cña ng êi Nh sÏ thÊy trong phÇn tr×nh b y tiÕp sau n y, triÒu quan s¸t ® îc gäi l th¸ng MÆt Tr¨ng syno®ic. §é d i cña sai ng y liªn quan mËt thiÕt víi triÒu sai chÝ tuyÕn v triÒu mét th¸ng MÆt Tr¨ng syno®ic l 29,53 ng y MÆt Trêi. Do sai pha. ®ã, chu kú cña triÒu sai pha sÏ b»ng 14,77 ng y MÆt Trêi, v× 233 234 http://www.ebook.edu.vn
vËy m ng êi ta gäi triÒu sai n y l triÒu sai nöa th¸ng. TriÒu sai pha biÓu hiÖn ë sù biÕn ®æi kh«ng chØ cña c¸c biªn ®é thñy triÒu, m c¶ c¸c thêi ®iÓm xuÊt hiÖn n íc lín v n íc rßng cña thñy triÒu. Trong ®ã n íc lín gi÷a kú sãc väng v kú trùc thÕ sÏ xuÊt hiÖn muén mét chót so víi gi÷a kú trùc thÕ v kú sãc väng míi. TriÒu sai pha cña thñy triÒu b¸n nhËt cã thÓ gi¶i thÝch b»ng mét c¸ch h¬i kh¸c. Chóng ta biÕt r»ng chu kú cña thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi b»ng ®óng nöa ng y MÆt Trêi, tøc 12 giê. Chu kú thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Tr¨ng b»ng nöa ng y MÆt Tr¨ng, tøc 12 giê 25 phót. KÕt qu¶ l t¹i ®iÓm ®ang xÐt thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi sÏ x¶y ra v o cïng mét giê ë c¸c ng y, trong khi n íc lín thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi sÏ xª dÞch vÒ thêi gian mçi ng y l 50 phót. DÔ hiÓu r»ng khi c¸c pha thñy triÒu trïng nhau, th× thñy triÒu tæng céng sÏ cã biªn ®é cùc ®¹i, cßn khi c¸c pha ng îc nhau, th× biªn ®é thñy triÒu tæng céng sÏ cùc tiÓu (h×nh 3.10b). NÕu xuÊt ph¸t tõ t ¬ng quan thÕ vÞ lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng v MÆt Trêi, th× triÒu sãc väng ph¶i lín h¬n triÒu trùc thÕ kho¶ng 2,7 lÇn. Theo d÷ liÖu kh¶o s¸t, tû sè n y biÕn thiªn tõ 2,0 ®Õn 4,0, c¸c trÞ sè lín h¬n rÊt Ýt gÆp. H×nh 3.10. VÞ trÝ t ¬ng ®èi cña MÆt Trêi, MÆt Tr¨ng v Tr¸i §Êt trong c¸c ng y sãc väng v trùc thÕ (a) v s¬ ®å h×nh th nh thñy triÒu b¸n nhËt sãc väng v trùc thÕ (b) 235 236 http://www.ebook.edu.vn
TriÒu sai pha cßn ®Æc tr ng b»ng tuæi b¸n nhËt triÒu. vÜ MÆt Tr¨ng lín nhÊt. Thñy triÒu nhËt ph©n l thñy triÒu Tuæi b¸n nhËt triÒu l kho¶ng thêi gian tõ thêi gian kú quan s¸t ® îc khi ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng b»ng kh«ng. ë tr¨ng trßn hay tr¨ng non ®Õn thêi gian biªn ®é triÒu sãc tr êng hîp thø nhÊt nhËn thÊy triÒu sai ng y biÓu hiÖn râ väng lín nhÊt diÔn ra sau ®ã. Nh vËy, tuæi b¸n nhËt triÒu nhÊt, ë tr êng hîp thø hai − kh«ng cã triÒu sai ng y. cho thÊy sù trÔ cña triÒu sai so víi thêi ®iÓm nguyªn nh©n Trªn h×nh 3.7 nh÷ng biÕn thiªn triÒu sai ng y ®Æc biÖt thiªn v¨n cña nã. Theo d÷ liÖu quan tr¾c, tuæi b¸n nhËt râ trªn ® êng cong thø hai kÓ tõ trªn xuèng − biÓu diÔn triÒu dao ®éng trong kho¶ng réng, tõ − 7,5 ®Õn 7,5 ng y. thñy triÒu ë Hång K«ng. ë ®©y thÊy râ triÒu sai ng y t¨ng Tuy nhiªn, ®a sè tr êng hîp tuæi b¸n nhËt triÒu l d íi 48 lªn ®ét ngét nh thÕ n o khi t¨ng ®é xÝch vÜ cña MÆt Tr¨ng. giê. Sù xuÊt hiÖn triÒu sai ng y cßn biÓu hiÖn râ trªn h×nh 3.4.3. TriÒu sai chÝ tuyÕn 3.5. Khi ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng b»ng kh«ng, trôc ng¾n cña ellipsoit xoay sÏ trïng víi trôc xoay cña Tr¸i §Êt v t¹i mét TriÒu sai chÝ tuyÕn l kÕt qu¶ biÕn thiªn biªn ®é thñy ®iÓm cè ®Þnh bÊt kú cña ®¹i d ¬ng sÏ kh«ng quan s¸t thÊy triÒu to n nhËt MÆt Tr¨ng do biÕn thiªn ®é xÝch vÜ MÆt triÒu sai ng y. Cßn khi ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng cùc ®¹i (xem Tr¨ng. Theo thuyÕt tÜnh häc, thñy triÒu MÆt Tr¨ng b¸n h×nh 3.5b), cïng mét ®iÓm, trong khi dÞch chuyÓn do sù nhËt ®Òu chØ x¶y ra khi ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng b»ng kh«ng xoay trong ng y cña Tr¸i §Êt t ¬ng ®èi so víi ellipsoit (nhí l¹i h×nh 3.5). Tuy nhiªn, ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng thay ®æi triÒu, sÏ tuÇn tù ®i qua ®Çu tiªn l khu vùc chªnh lÖch mùc vÒ trung b×nh tõ 23o27’ vÜ b¾c ®Õn 23o27’ vÜ nam. NÕu MÆt n íc cùc ®¹i so víi mùc trung b×nh, sau ®ã ®Õn khu vùc Tr¨ng kh«ng n»m trong mÆt ph¼ng xÝch ®¹o, th× xuÊt hiÖn chªnh lÖch cùc tiÓu, v sau ®ã l¹i ®Õn khu vùc chªnh lÖch thñy triÒu MÆt Tr¨ng to n nhËt v hÖ qu¶ l triÒu sai ng y cùc ®¹i. cña thñy triÒu tæng céng vÒ ®é cao v thêi gian. Cßn ®èi víi thñy triÒu to n nhËt thuÇn tóy, m theo lý Dùa v o biÕn tr×nh triÒu sai ng y, ng êi ta chia thñy thuyÕt, ph¶i quan s¸t ® îc ë c¸c vÜ ®é lín h¬n 90 − δ , th× triÒu th nh thñy triÒu chÝ tuyÕn v thñy triÒu nhËt ph©n. khi t¨ng ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng, biªn ®é cña nã ph¶i t¨ng lªn Thñy triÒu chÝ tuyÕn l thñy triÒu quan s¸t ® îc khi ®é xÝch v ®¹t cùc ®¹i ë thêi ®iÓm ®é xÝch vÜ cùc ®¹i. Trªn h×nh 3.7 237 238 http://www.ebook.edu.vn