Force génératrice de la marée

Définition

La force génératrice de la marée est produite par la combinaison de l'attraction gravitationnelle entre la Terre et la lune et le soleil, et la rotation des systèmes Terre-Lune et Terre-Soleil. Elle est la résultante de la somme des forces d'attraction des astres et de la force d'inertie qui s'y oppose. Les forces se combinent pour déformer la surface de l'océan terrestre en une forme à peu près ovoïde avec deux renflements.

Schéma de la force génératrice des marées :

La force génératrice des marées provoque deux renflements de marées océaniques produits par l'attraction gravitationnelle de la lune combinée à la rotation du système Terre-Lune sur une Terre idéalisée recouverte d'eau.

Explications

Un renflement océanique fait face à la lune et l'autre est du côté opposé de la planète, à l'opposé de la lune (figure ci-dessous). Une interaction similaire entre la Terre et le soleil produit deux autres renflements océaniques qui s'alignent vers et loin du soleil.

Une force de marée est un effet secondaire de la force de gravité qui est responsable de l'existence des marées. Les forces de marée détectables sur terre sont causées par la lune et le soleil.

Voir une marée solaire, une marée lunaire et le processus solunaire.

Processus

Au centre de la Terre, l'accélération centripète fournie par l'attraction gravitationnelle entre la Lune et la Terre est exactement égale à l'accélération centrifuge due à la rotation autour du centre de masse commun, qui se trouve à l'intérieur de la Terre. La période de rotation autour de ce centre de masse commun est de 27,32 jours, un mois sidéral.

Partout ailleurs sur la terre, il y a un déséquilibre entre les accélérations centripètes (vers l'intérieur) et centrifuges (vers l'extérieur). L'accélération centrifuge est la même partout sur la terre, mais la force gravitationnelle due à la lune varie sur la surface de la terre.

Il en résulte la force génératrice de marée, TGF, puisque du côté de la terre vers la lune, la force gravitationnelle dépasse l'accélération centrifuge et du côté de la terre éloigné de la lune, l'accélération centrifuge dépasse la force gravitationnelle.

À l'endroit sur la terre exactement sous la lune (point sous-lunaire ou zénith) et à l'endroit sur la terre exactement opposé à celui-ci (l'antipode ou nadir), le TGF est dans la même direction que la gravité terrestre, et a donc peu d'effet puisqu'il est tellement moins important que g. Les forces "latérales", ou composante horizontale, du TGF sont appelées force de traction.

La marée d'équilibre est celle qui résulterait des TGF si la terre était complètement recouverte d'eau et répondait instantanément aux forces changeantes (c'est-à-dire sans inertie) et qu'il n'y avait pas de frottement. En raison des forces de traction, la marée d'équilibre présente deux renflements, un de chaque côté de la terre. Ainsi, vous voyez 2 hauts et 2 bas par jour lunaire. C'est ce qu'on appelle le constituant de marée lunaire semi -diurne. Il a une période de 12,42 heures.

Origine

Selon Isaac Newton (1642–1727), l'attraction gravitationnelle entre deux corps est directement proportionnelle au produit des masses des deux corps et inversement proportionnelle au carré de la distance entre eux. En termes simples, plus la masse est grande, plus la force d'attraction est grande, tandis que plus la distance est grande, plus la force d'attraction est petite.

Bien que le soleil soit 27 000 000 fois (27 millions) plus massif que la lune, la lune est beaucoup plus proche de la Terre et pour cette raison a une plus grande attraction gravitationnelle sur la Terre. En fait, la force génératrice de marée de la lune sur la Terre est plus du double de celle du soleil sur la Terre. Pour l'instant, nous ignorerons l'influence du soleil et nous concentrerons sur la lune.

L'attraction gravitationnelle de la lune sur Terre est principalement responsable du renflement de la surface de l'océan qui se trouve directement sous la lune. Sur le côté opposé de la planète, l'attraction gravitationnelle est plus faible et la rotation du système Terre-Lune est principalement responsable du renflement des marées. La Terre et la Lune tournent autour d'un centre de masse commun.

Parce que la Terre est beaucoup plus massive que la Lune, le centre de masse du système se trouve à moins de 4 700 km du centre de la Terre, soit 1 700 km sous la surface de la Terre. Cela a été comparé à une balançoire avec un adulte assis à une extrémité et un enfant à l'autre extrémité. Le point de pivot (centre de masse du système adulte-enfant) doit être déplacé vers l'adulte pour que les deux individus équilibrent la bascule.

La première loi du mouvement de Newton prédit qu'une force nette doit opérer dans tout système rotatif et cette force nette dans le système Terre-Lune en rotation donne naissance au renflement des marées du côté de la planète opposé à la lune.

Rappelez-vous que selon la première loi du mouvement de Newton, un objet en mouvement constant en ligne droite reste ainsi à moins qu'il ne soit agi par une force (nette) déséquilibrée. Dans un système rotatif, la force nette confine un objet à une trajectoire courbe (plutôt que droite). Prenons une analogie.

Supposons que vous soyez passager dans une voiture qui contourne une courbe à une vitesse élevée. Vous ressentez une force qui vous pousse vers l'extérieur de l'automobile qui tourne. En fait, vous ressentez la tendance de votre corps à continuer à bouger sur une trajectoire rectiligne tandis que l'automobile suit une trajectoire courbe. De la même manière,la rotation du système Terre-Lune fait gonfler l'océan vers l'extérieur du côté de la planète opposé à la lune.

Jusqu'à présent, pour les forces génératrices de marées, nous avons utilisé le modèle d'équilibre des marées, qui suppose une Terre sans friction entièrement recouverte d'eau.

Avec ce modèle, les renflements océaniques s'alignaient toujours avec le corps céleste qui les a causés. En outre, tout endroit sur la planète qui est déplacé par la rotation de la Terre à travers les renflements connaîtrait une élévation et une baisse du niveau de la mer (c'est-à-dire des marées).

Si un seul corps céleste (lune ou soleil) était présent, chaque jour une localité de basse latitude connaîtrait deux marées hautes (lorsque les renflements passent) et deux marées basses (à mi-chemin entre les renflements).

Si les positions de la Terre et de l'autre corps céleste restaient les mêmes dans l'espace, la période de ces ondes serait le temps qu'il faut pour une demi-rotation de la Terre, environ 12 heures.

Pendant que la Terre tourne, cependant, la lune tourne autour de la Terre. La lune tourne autour de la Terre une fois par mois lunaire (en moyenne 29,5 jours, entre les nouvelles lunes) et dans le même sens que la rotation quotidienne de la Terre. Par conséquent, la Terre doit faire plus qu'une rotation complète pour qu'un emplacement spécifique sur la planète s'aligne à nouveau avec la lune qui avance.

Pour rattraper l'avancée de la lune, il faut 24 heures plus 1 / 29,5 de jour, soit environ 24 heures et 50 minutes. Ce jour lunaire (24 heures, 50 minutes) est également appelé jour de marée. Comme le jour de marée est plus long que le jour solaire, les heures de marée haute et basse changent d'environ 50 minutes d'un jour solaire à l'autre.

Les renflements de marée de l'océan produits par la lune restent dans le même alignement par rapport à la lune, mais changent leurs positions latitudinales (nord-sud) sur Terre de jour en jour alors qu'ils suivent la lune pendant sa révolution mensuelle autour de la Terre.

Le plan de l'orbite de la lune est incliné de 5 degrés par rapport au plan équatorial de la Terre de sorte que pendant un mois lunaire, la position latitudinale de la lune se déplace directement au-dessus de l'équateur vers le nord à 28,5 degrés N (5 degrés au-delà du tropique du cancer), de retour au équateur, vers le sud jusqu'à 28,5 degrés S (5 degrés au-delà du tropique du Capricorne), puis retour à l'équateur où un autre cycle commence.

Lorsque la lune est à sa position latitudinale maximale, le centre d'un renflement de marée est juste au nord du tropique du Cancer et le centre de l'autre renflement de marée est de l'autre côté de la planète juste au sud du tropique du Capricorne. Par conséquent, un emplacement le long ou à proximité du tropique du Cancer ou du tropique du Capricorne ne subit qu'un seul renflement de marée significatif en 24 heures.

Les renflements océaniques liés au Soleil sont produits de la même manière que ceux causés par les interactions Terre-Lune. Autrement dit, l'attraction gravitationnelle entre la Terre et le soleil plus la révolution annuelle de la Terre autour du centre de masse mutuel du soleil et de la Terre génèrent un deuxième ensemble de renflements de marée similaires mais plus petits qui sont alignés avec le soleil.

Comme indiqué précédemment, en raison de la distance beaucoup plus grande du soleil par rapport à la Terre, l'attraction de marée du soleil sur l'océan est inférieure à la moitié (environ 46 %) de l'attraction de marée de la lune. Ces renflements de marée suivent le soleil (tout comme les renflements liés à la lune suivent la lune), leurs positions latitudinales changeant à mesure que la Terre suit son orbite annuelle autour du soleil.

La force génératrice de marée diminue rapidement avec l'augmentation de la distance, de sorte que les corps célestes à des distances plus grandes de la Terre que le soleil sont trop éloignés pour exercer une attraction de marée significative sur l'océan de la Terre.

La force génératrice de marée (résultant d'une combinaison de forces gravitationnelles et rotationnelles) est inversement proportionnelle au cube de la distance entre la Terre et tout autre corps céleste. Par conséquent, doubler la distance entre deux corps réduit la force génératrice de marée d'un facteur de 2 à 8 fois.

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