กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 7 นาที

แรงดึงดูดของกระแสน้ำ

แรงดึงดูดระหว่างโลกและโลกหรือแรงที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงคือความแตกต่างของแรงดึงดูดระหว่างจุดต่างๆ ในสนามโน้มถ่วงมันทำให้ส่วนต่างๆ ของวัตถุถูกดึงดูดอย่างไม่เท่ากัน...

แรงดึงดูดของกระแสน้ำ

รูปที่ 1: ปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำขึ้นน้ำลงระหว่างกาแล็กซีเกลียวNGC 169และกาแล็กซีคู่หูขนาดเล็กกว่า[ 1 ]

แรงดึงดูดระหว่างโลกและโลกหรือแรงที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงคือความแตกต่างของแรงดึงดูดระหว่างจุดต่างๆ ในสนามโน้มถ่วงมันทำให้ส่วนต่างๆ ของวัตถุถูกดึงดูดอย่างไม่เท่ากัน ส่งผลให้วัตถุเหล่านั้นถูกยืดออกไปในทิศทางของแรงดึงดูด

แรงดึงดูดระหว่างดวงดาว (Tidal force) คือผลกระทบที่แตกต่างกันของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุขนาดใหญ่ ไม่ใช่แรงโน้มถ่วง ทั้งหมด แต่เป็นความแปรผันของแรงนั้นในเชิงพื้นที่ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เป็นความชันของสนามโน้มถ่วง หรืออนุพันธ์ของศักย์โน้มถ่วงดังนั้น แรงดึงดูดระหว่างดวงดาวจึงเป็นผลกระทบที่หลงเหลืออยู่ของแรงโน้มถ่วง เกิดขึ้นเนื่องจากด้านใกล้ของวัตถุได้รับแรงดึงดูดที่แรงกว่าด้านไกล

สิ่งนี้ทำให้เกิด ปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงหลากหลายรูปแบบ เช่น น้ำขึ้นน้ำลงในมหาสมุทร น้ำขึ้นน้ำลงของโลกส่วนใหญ่เกิดจากสนามแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ที่อยู่ใกล้โลก และในระดับที่น้อยกว่าเกิดจากสนามแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ที่แรงกว่าแต่ไกลออกไป มหาสมุทรด้านที่หันหน้าเข้าหาดวงจันทร์ของโลกถูกแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ดึงออกจากเปลือกโลกในขณะที่อีกด้านหนึ่งของโลก เปลือกโลกถูกดึงออกจากมหาสมุทร ส่งผลให้โลกถูกยืดออก โป่งออกทั้งสองด้าน และมีน้ำขึ้นน้ำลง ตรงข้ามกัน แรงน้ำขึ้นน้ำลงเมื่อมองจากโลก นั่นคือจากกรอบอ้างอิงที่หมุนจะปรากฏเป็นแรงสู่ศูนย์กลางและแรงหนีศูนย์กลางแต่ไม่ได้เกิดจากการหมุน[ 2 ]

ปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงเพิ่มเติม ได้แก่น้ำขึ้นน้ำลงของโลกแข็งการล็อกน้ำขึ้นน้ำลง การแตกแยกของวัตถุท้องฟ้าและการก่อตัวของระบบวงแหวนภายในขีดจำกัดโรชและในกรณีที่รุนแรงการเกิดสปาเก็ตตี้ของวัตถุ แรงน้ำขึ้นน้ำลงยังแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์พื้นฐานกับคลื่นความโน้มถ่วงอีก ด้วย [ 3 ]

ในกลศาสตร์ท้องฟ้าคำว่าแรงน้ำขึ้นน้ำลงสามารถหมายถึงสถานการณ์ที่วัตถุหรือวัสดุ (เช่น น้ำขึ้นน้ำลง) อยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่สองเป็นหลัก (เช่น โลก) แต่ก็ถูกรบกวนจากผลกระทบของแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่สามด้วย (เช่น ดวงจันทร์) แรงรบกวนในกรณีดังกล่าวบางครั้งเรียกว่าแรงน้ำขึ้นน้ำลง[ 4 ] (เช่นแรงรบกวนบนดวงจันทร์ ) ซึ่งก็คือผลต่างระหว่างแรงที่วัตถุที่สามกระทำต่อวัตถุที่สองและแรงที่วัตถุที่สามกระทำต่อวัตถุแรก[ 5 ]

คำอธิบาย

รูปที่ 2: แสดงด้วยเส้นสีแดง คือสนามแรงโน้ม ถ่วงตกค้างของดวงจันทร์ที่พื้นผิวโลก ซึ่งเป็นที่รู้จักกัน (พร้อมกับผลกระทบที่แตกต่างกันแต่เบากว่าจากดวงอาทิตย์) ว่าเป็นแรงที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงนี่คือกลไกหลักที่ขับเคลื่อนปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง อธิบายถึงการเกิดน้ำขึ้นน้ำลงสองครั้งพร้อมกัน การหมุนของโลกยังอธิบายถึงการเกิดน้ำขึ้นสองครั้งต่อวันในตำแหน่งเดียวกัน ในรูปนี้ โลกคือวงกลมสีดำตรงกลาง ในขณะที่ดวงจันทร์อยู่ไกลออกไปทางด้านขวา รูปนี้แสดงทั้งสนามน้ำขึ้นน้ำลง (ลูกศรสีแดงหนา) และสนามแรงโน้มถ่วง (ลูกศรสีน้ำเงินบาง) ที่กระทำต่อพื้นผิวและจุดศูนย์กลางของโลก (ระบุด้วยตัวอักษร O) โดยดวงจันทร์ (ระบุด้วยตัวอักษร S) ทิศทางของลูกศรที่ชี้ ออกไปทางด้านขวาและด้านซ้ายของโลกบ่งบอกว่าดวงจันทร์อยู่ตรงจุดสูงสุดหรือจุดต่ำสุด

เมื่อวัตถุOถูกแรงโน้มถ่วงของวัตถุS กระทำ สนามแรงโน้มถ่วงอาจแตกต่างกันอย่างมากระหว่างด้านที่หันออกจากและหันเข้าหาSภาพที่ 2 แสดงแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันในสีแดง ซึ่งสามารถหาได้โดยการลบเวกเตอร์แรงโดยรวมของวัตถุ (แสดงด้วยสีน้ำเงินที่จุดศูนย์กลาง) ออกจากเวกเตอร์แรงที่จุดที่สนใจ (แสดงด้วยสีน้ำเงินตามพื้นผิว)

แรงดึงดูดจากน้ำขึ้นน้ำลงเหล่านี้ทำให้เกิดความเครียดบนวัตถุทั้งสองและอาจทำให้วัตถุบิดเบี้ยวหรือแม้กระทั่งในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้วัตถุใดวัตถุหนึ่งแตกออกเป็นชิ้นๆ[ 6 ]ขีดจำกัดของโรชคือระยะห่างจากดาวเคราะห์ที่ผลกระทบจากน้ำขึ้นน้ำลงจะทำให้วัตถุแตกสลายเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันจากดาวเคราะห์เอาชนะแรงดึงดูดระหว่างส่วนต่างๆ ของวัตถุ[ 7 ]ความเครียดเหล่านี้จะไม่เกิดขึ้นหากสนามโน้มถ่วงสม่ำเสมอ เพราะสนาม ที่สม่ำเสมอ จะทำให้วัตถุทั้งหมดเร่งความเร็วไปพร้อมกันในทิศทางเดียวกันและในอัตราเดียวกันเท่านั้น

ขนาดและระยะทาง

ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของวัตถุทางดาราศาสตร์กับระยะห่างจากวัตถุอื่นมีอิทธิพลอย่างมากต่อขนาดของแรงดึงดูดระหว่างวัตถุ[ 8 ]แรงดึงดูดระหว่างวัตถุที่กระทำต่อวัตถุทางดาราศาสตร์ เช่น โลก เป็นสัดส่วนโดยตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสามของระยะห่างจากวัตถุอื่นที่ก่อให้เกิดแรงดึงดูด เช่น ดวงจันทร์หรือดวงอาทิตย์ แรงดึงดูดระหว่างวัตถุที่กระทำต่ออ่างอาบน้ำ สระว่ายน้ำ ทะเลสาบ และแหล่งน้ำขนาดเล็กอื่นๆ นั้นมีน้อยมาก[ 9 ]

รูปที่ 3: กราฟแสดงให้เห็นว่าแรงดึงดูดลดลงเมื่อระยะห่างจากวัตถุเพิ่มขึ้น

รูปที่ 3 เป็นกราฟแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงลดลงอย่างไรเมื่อระยะทาง เพิ่มขึ้นในกราฟนี้ แรงดึงดูดลดลงตามสัดส่วนของกำลังสองของระยะทาง ( Y = 1/ ) ในขณะที่ความชัน ( Y = −2/ ) เป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสามของระยะทาง

แรงดึงดูดจากน้ำขึ้นน้ำลงนั้นสอดคล้องกับความแตกต่างของค่า Y ระหว่างสองจุดบนกราฟ โดยจุดหนึ่งอยู่ด้านใกล้กับวัตถุ และอีกจุดหนึ่งอยู่ด้านไกลออกไป แรงดึงดูดจากน้ำขึ้นน้ำลงจะมีค่ามากขึ้นเมื่อสองจุดอยู่ห่างกันมากขึ้น หรือเมื่ออยู่ทางด้านซ้ายของกราฟมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าอยู่ใกล้กับวัตถุที่ดึงดูดมากขึ้น

ตัวอย่างเช่น แม้ว่าดวงอาทิตย์จะมีแรงดึงดูดโดยรวมต่อโลกมากกว่า แต่ดวงจันทร์กลับสร้างปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงที่ใหญ่กว่า เนื่องจากดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกมากกว่า ความแตกต่างนี้เกิดจากวิธีที่แรงโน้มถ่วงอ่อนลงตามระยะทาง: ความใกล้ชิดของดวงจันทร์ทำให้แรงดึงดูดลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเคลื่อนที่ผ่านโลก (เมื่อเทียบกับการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์จากระยะทางอันไกลโพ้น) การลดลงของแรงดึงดูดของดวงจันทร์ที่รวดเร็วกว่านี้ ส่งผลให้ความแตกต่างของแรงระหว่างด้านใกล้และด้านไกลของโลกมีมากขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงที่ใหญ่กว่า

แรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากแหล่งกำเนิด แรงดึงดูดจะแรงกว่าที่ด้านของวัตถุที่หันหน้าเข้าหาแหล่งกำเนิด และจะอ่อนกว่าที่ด้านที่หันออกจากแหล่งกำเนิด แรงไทดัลเป็นสัดส่วนกับความแตกต่าง[ 9 ]

ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์

ดวงอาทิตย์มีมวลประมาณ 20 ล้านเท่าของดวงจันทร์ และส่งผลต่อโลกในระยะทางที่ไกลกว่าระยะทางของดวงจันทร์ประมาณ 400 เท่า เนื่องจากความสัมพันธ์แบบกำลังสามกับระยะทาง ทำให้แรงดึงดูดจากดวงอาทิตย์ต่อโลกมีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของแรงดึงดูดจากดวงจันทร์ต่อโลก

วัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงก่อให้เกิดแรงน้ำขึ้นน้ำลงวัตถุที่ได้รับอิทธิพลจากแรงดึงดูดของกระแสน้ำความเร่งจากแรงดึงดูดของกระแสน้ำ
ร่างกายมวล ( )ร่างกายรัศมี ( )ระยะทาง ( )
ดวงอาทิตย์1.99 × 10 30  กก.โลก6.37 × 10⁶  ม.1.50 × 10 11  ม.0.5 × 10 −6  m⋅s −2
ดวงจันทร์7.34 × 10 22  กก.โลก6.37 × 10⁶  ม.3.84 × 10⁸  เมตร1.1 × 10 −6  m⋅s −2
โลก5.97 × 10 24  กก.ดวงจันทร์1.74 × 10⁶  ม.3.84 × 10⁸  เมตร24.4 × 10 −6  m⋅s −2
Gคือค่าคงที่ความโน้มถ่วง =6.674 × 10 −11  m 3 ⋅kg −1 ⋅s −2 ‍ [10 ]

ผลกระทบ

รูปที่ 4: วงแหวนของ ดาวเสาร์อยู่ภายในวงโคจรของดวงจันทร์หลัก แรงดึงดูดของดวงจันทร์จะขัดขวางการรวมตัวกันของวัสดุในวงแหวนเพื่อก่อตัวเป็นดวงจันทร์[ 11 ]

ในกรณีของทรงกลมยืดหยุ่นขนาดเล็กมาก ผลของแรงดึงดูดจากดวงจันทร์จะทำให้รูปร่างของวัตถุบิดเบี้ยวโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตร ทรงกลมจะกลายเป็นทรงรีที่มีส่วนยื่นออกมาสองส่วน ชี้เข้าหาและชี้ออกไปจากวัตถุอื่น วัตถุขนาดใหญ่กว่าจะบิดเบี้ยวเป็นรูปไข่และถูกบีบอัดเล็กน้อย ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นกับมหาสมุทรของโลกภายใต้อิทธิพลของดวงจันทร์ ทุกส่วนของโลกอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ ทำให้มีการกระจายตัวของน้ำในมหาสมุทรใหม่ เกิดเป็นส่วนยื่นออกมาที่ด้านข้างใกล้ดวงจันทร์และไกลจากดวงจันทร์[ 12 ]

เมื่อวัตถุหมุนรอบตัวเองในขณะที่ได้รับแรงดึงดูดจากดวงจันทร์และดาวพฤหัสบดี แรงเสียดทานภายในจะส่งผลให้พลังงานจลน์จากการหมุนค่อยๆ แปรเปลี่ยนเป็นความร้อน ในกรณีของโลกและดวงจันทร์ของโลก การสูญเสียพลังงานจลน์จากการหมุนส่งผลให้การหมุนเร็วขึ้นประมาณ 2 มิลลิวินาทีต่อศตวรรษ หากวัตถุอยู่ใกล้กับดาวพฤหัสบดีมากพอ การหมุนนี้อาจถูกล็อกด้วยแรงดึงดูดจากดวงจันทร์และดาวพฤหัสบดีให้สัมพันธ์กันเช่นเดียวกับกรณีของดวงจันทร์ของโลกความร้อนจากแรงดึงดูดจาก ดวงจันทร์และดาวพฤหัสบดี ทำให้เกิดปรากฏการณ์ภูเขาไฟระเบิดอย่างรุนแรงบนดวงจันทร์ไอโอ ของดาว พฤหัสบดีแรงกดดันที่เกิดจากแรงน้ำขึ้นน้ำลงยังทำให้เกิดแผ่นดินไหวบนดวงจันทร์ของโลก เป็นประจำทุกเดือนอีกด้วย [ 8 ]

แรงน้ำขึ้นน้ำลงมีส่วนทำให้เกิดกระแสน้ำในมหาสมุทร ซึ่งช่วยปรับอุณหภูมิโลกให้คงที่โดยการขนส่งพลังงานความร้อนไปยังขั้วโลก มีการเสนอแนะว่าการเปลี่ยนแปลงของแรงน้ำขึ้นน้ำลงมีความสัมพันธ์กับช่วงเวลาที่อากาศเย็นในบันทึกอุณหภูมิโลกในช่วง 6 ถึง 10 ปี[ 13 ]และ การเปลี่ยนแปลง จังหวะฮาร์มอนิกของแรงน้ำขึ้นน้ำลงอาจมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในรอบพันปี จนถึงปัจจุบันยังไม่พบความเชื่อมโยงที่ชัดเจนกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในรอบพันปี[ 14 ]

ภาพที่ 5: ดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9ในปี 1994 หลังจากแตกเป็นเสี่ยงๆ ภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดจากดาวพฤหัสบดี ระหว่างการโคจรผ่านครั้งก่อนในปี 1992

อิทธิพลของแรงดึงดูดระหว่างดวงดาวจะเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษใกล้กับวัตถุขนาดเล็กที่มีมวลมาก เช่นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำซึ่งเป็นสาเหตุของการ " ยืดตัวเป็นเส้นยาว " ของสสารที่ตกลงมา แรงดึงดูดระหว่างดวงดาวก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลง ในมหาสมุทร ของโลก โดยมี ดวงจันทร์และดวง อาทิตย์ เป็นวัตถุที่ดึงดูด แรงดึงดูดระหว่างดวงดาวยังเป็นสาเหตุของการล็อกทางน้ำการเร่งความเร็วของน้ำขึ้นน้ำลงและความร้อนจากน้ำขึ้น น้ำลง นอกจากนี้ น้ำขึ้นน้ำลงยังอาจก่อให้เกิดแผ่นดินไหวได้อีกด้วย

โดยการสร้างของเหลวที่เป็นตัวนำภายในโลก แรงน้ำขึ้นน้ำลงยังส่งผลต่อ สนาม แม่เหล็กโลก ด้วย [ 15 ]

รูปที่ 6: การจำลองนี้แสดงให้เห็นดาวฤกษ์ดวง หนึ่ง ที่ถูกฉีกขาดออกจากกันด้วยแรงดึงดูดของหลุมดำมวลมหาศาล

สูตร

รูปที่ 7: แรงดึงดูดของกระแสน้ำเป็นสาเหตุของการรวมตัวของกาแล็กซีคู่MRK 1034 [ 16 ]
รูปที่ 8: ภาพกราฟิกแสดงแรงดึงดูดจากน้ำขึ้นน้ำลง ภาพด้านบนแสดงสนามแรงโน้มถ่วงของวัตถุทางด้านขวา (ไม่แสดงในภาพ) ภาพด้านล่างแสดงแรงโน้มถ่วงที่เหลืออยู่หลังจากหักลบสนามที่จุดศูนย์กลางของทรงกลมแล้ว ซึ่งนี่คือแรงดึงดูดจากน้ำขึ้นน้ำลง เพื่อให้เห็นภาพได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ลูกศรด้านบนอาจถือว่ามีค่าเท่ากับ 1 N, 2 N และ 3 N (จากซ้ายไปขวา) ส่วนลูกศรด้านล่างจะมีค่าเท่ากับ −1 N (ค่าลบ ดังนั้นจึงหมุน 180 องศา), 0 N (มองไม่เห็น) และ 1 N ตามลำดับ ดูรูปที่ 2 สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม

สำหรับสนามโน้มถ่วงที่กำหนด (ซึ่งเกิดจากภายนอก) ความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของกระแสน้ำขึ้นลง ณ จุดหนึ่งเมื่อเทียบกับวัตถุนั้น ได้มาจากการลบเวกเตอร์ของความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดที่ศูนย์กลางของวัตถุ (เนื่องจากสนามที่กำหนดจากภายนอก) ออกจากความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูด (เนื่องจากสนามเดียวกัน) ณ จุดที่กำหนด ในทำนองเดียวกัน คำว่าแรงดึงดูดของกระแสน้ำขึ้น ลง ใช้เพื่ออธิบายแรงที่เกิดจากความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของกระแสน้ำขึ้นลง โปรดทราบว่า สำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้ สนามโน้มถ่วงที่พิจารณามีเพียงสนามโน้มถ่วงภายนอกเท่านั้น สนามโน้มถ่วงของวัตถุ (ดังแสดงในภาพ) ไม่เกี่ยวข้อง (กล่าวคือ การเปรียบเทียบจะทำกับสภาวะ ณ จุดที่กำหนด ราวกับว่าไม่มีสนามที่กำหนดจากภายนอกกระทำอย่างไม่เท่ากัน ณ จุดที่กำหนดและที่ศูนย์กลางของวัตถุอ้างอิง สนามที่กำหนดจากภายนอกมักจะเป็นสนามที่เกิดจากวัตถุที่สามที่รบกวน ซึ่งมักจะเป็นดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ในกรณีตัวอย่างที่พบบ่อยของจุดบนหรือเหนือพื้นผิวโลกในกรอบอ้างอิงแบบศูนย์กลางโลก)

ความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของกระแสน้ำขึ้นลงไม่จำเป็นต้องอาศัยการหมุนหรือการโคจรของวัตถุ ตัวอย่างเช่น วัตถุอาจกำลังตกลงมาอย่างอิสระในแนวเส้นตรงภายใต้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วง ในขณะเดียวกันก็ยังได้รับอิทธิพลจากความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของกระแสน้ำขึ้นลง (ที่เปลี่ยนแปลงไป)

ตามกฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันและกฎการเคลื่อนที่ วัตถุที่มีมวลmซึ่งอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลมที่มีมวลMเป็นระยะRจะได้รับแรงกระทำ

เทียบเท่า กับความเร่ง

โดยที่เป็นเวกเตอร์หน่วยที่ชี้จากวัตถุMไปยังวัตถุm (ในที่นี้ ความเร่งจากmไปยังMมีเครื่องหมายลบ)

ต่อไปนี้คือการพิจารณาความเร่งเนื่องจากทรงกลมมวลMที่อนุภาคได้รับในบริเวณใกล้เคียงกับวัตถุมวลmโดยให้Rเป็นระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของMไปยังจุดศูนย์กลางของmและให้∆rเป็นระยะ (ที่ค่อนข้างเล็ก) ของอนุภาคจากจุดศูนย์กลางของวัตถุมวลmเพื่อความง่าย เราจะพิจารณาระยะทางเฉพาะในทิศทางที่ชี้เข้าหาหรือออกจากทรงกลมมวลM เท่านั้น หากวัตถุมวลmเป็นทรงกลมที่มีรัศมี ∆r อนุภาคใหม่ที่พิจารณาอาจอยู่บนพื้นผิวของทรงกลมนั้น ที่ระยะ ( R ± ∆r ) จากจุดศูนย์กลางของทรงกลมมวลMและ อาจถือว่า ∆rเป็นค่าบวกเมื่อระยะห่างของอนุภาคจากMมากกว่าRโดยไม่คำนึงถึงความเร่งโน้มถ่วงที่อนุภาคได้รับไปยังm อันเนื่องมา จาก มวล ของmเอง เราจะได้ความเร่งบนอนุภาคเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่พุ่งเข้าหาMดังนี้:

เมื่อดึง พจน์ ออก จากตัวส่วนจะได้:

อนุกรมแมคลาอรินของคือซึ่งให้การขยายอนุกรมดังนี้:

พจน์แรกคือความเร่งโน้มถ่วงเนื่องจากMที่จุดศูนย์กลางของวัตถุอ้างอิงนั่นคือ ณ จุดที่เป็นศูนย์ พจน์นี้ไม่มีผลต่อความเร่งที่สังเกตได้ของอนุภาคบนพื้นผิวของmเพราะเมื่อเทียบกับMแล้วm (และทุกสิ่งบนพื้นผิวของมัน) อยู่ในสภาวะตกอย่างอิสระ เมื่อลบแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่อยู่ไกลออกจากแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่อยู่ใกล้ พจน์แรกนี้จะหักล้างกันไป เช่นเดียวกับพจน์อันดับคู่ทั้งหมด พจน์ที่เหลือ (พจน์ตกค้าง) แสดงถึงความแตกต่างที่กล่าวถึงข้างต้นและเป็นพจน์ของแรงไทดัล (ความเร่ง) เมื่อ ∆ rมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับRพจน์หลังจากพจน์ตกค้างแรกจะมีค่าน้อยมากและสามารถละเลยได้ ทำให้ได้ความเร่งไทดัลโดยประมาณสำหรับระยะทาง ∆ rที่พิจารณาตามแกนที่เชื่อมจุดศูนย์กลางของmและM :

เมื่อคำนวณด้วยวิธีนี้สำหรับกรณีที่∆rเป็นระยะทางตามแกนที่เชื่อมจุดศูนย์กลางของmและMจะมีทิศทางพุ่งออกไปจากจุดศูนย์กลางของm (ซึ่ง ∆r เป็นศูนย์)

สามารถคำนวณความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของกระแสน้ำขึ้นลงได้จากทิศทางที่ห่างจากแกนที่เชื่อมต่อวัตถุmและMโดยต้องใช้ การคำนวณ แบบเวกเตอร์ในระนาบที่ตั้งฉากกับแกนนั้น ความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของกระแสน้ำขึ้นลงจะมีทิศทางพุ่งเข้าด้านใน (ไปยังจุดศูนย์กลางที่ ∆r เป็นศูนย์) และขนาดของมันจะอยู่ในรูปแบบประมาณเชิงเส้นดังแสดงในรูปที่ 2

โดยทั่วไปแล้ว ความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์ที่พื้นผิวของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะนั้นมีขนาดเล็กมาก ตัวอย่างเช่น ความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์ที่พื้นผิวโลกตามแนวแกนดวงจันทร์-โลกนั้นมีค่าประมาณ1.1 × 10 −7  กรัมในขณะที่ความเร่งจากแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ที่พื้นผิวโลกตามแนวแกนดวงอาทิตย์-โลกนั้นอยู่ที่ประมาณ0.52 × 10 −7  gโดยที่gคือความเร่งโน้มถ่วงที่พื้นผิวโลก ดังนั้นแรง (ความเร่ง) ที่ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงเนื่องจากดวงอาทิตย์จึงมีค่าประมาณ 45% ของแรงที่เกิดจากดวงจันทร์[ 17 ]ความเร่งน้ำขึ้นน้ำลงจากดวงอาทิตย์ที่พื้นผิวโลกได้รับการระบุครั้งแรกโดยนิวตันในPrincipia [ 18 ]

ดูเพิ่มเติม

  • การวิเคราะห์และการพยากรณ์ระดับน้ำขึ้นน้ำลง: GeoTide
  • เสียง: เคน/เกย์ – รายการดาราศาสตร์ ตอนแรงน้ำขึ้นน้ำลง – กรกฎาคม 2550
  • เกรย์, เมแกน; เมอร์ริฟิลด์, ไมเคิล. "พลังแห่งกระแสน้ำ" . สัญลักษณ์หกสิบอย่าง . สำนักพิมพ์เบรดี้ ฮารานสำหรับมหาวิทยาลัยนอตติงแฮม .
  • Pau Amaro Seoane. "การชนกันของดาวฤกษ์: การแตกสลายของดาวฤกษ์จากแรงดึงดูดของหลุมดำมวลมหาศาล" . สืบค้นเมื่อ2018-12-28 .
  • ความเชื่อผิดๆ เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงและน้ำขึ้นน้ำลงโดย มิโคลาจ ซาวิกกี จากวิทยาลัยจอห์น เอ. โลแกน และมหาวิทยาลัยโคโลราโด
  • ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับกระแสน้ำโดย Donald E. Simanek
  • น้ำขึ้นน้ำลงและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางโดย เปาโล ซิร์โตลี
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tidal_force&oldid=1358857462 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ แรงดึงดูดของกระแสน้ำ

แรงดึงดูดระหว่างโลกและโลกหรือแรงที่ก่อให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงคือความแตกต่างของแรงดึงดูดระหว่างจุดต่างๆ ในสนามโน้มถ่วงมันทำให้ส่วนต่างๆ ของวัตถุถูกดึงดูดอย่างไม่เท่ากัน...

คำอธิบาย

เมื่อวัตถุ O ถูกแรงโน้มถ่วงของวัตถุ S กระทำ สนามแรงโน้มถ่วงอาจแตกต่างกันอย่างมากระหว่างด้านที่ หัน ออกจากและหันเข้าหา S ภาพที่ 2 แสดงแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันในสีแดง ซึ่งสามารถหาได้โดยการลบเวกเตอร์แรงโดยรวมของวัตถุ (แสดงด้วยสีน้ำเงินที่จุดศูนย์กลาง)...

ขนาดและระยะทาง

ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของวัตถุทางดาราศาสตร์กับระยะห่างจากวัตถุอื่นมีอิทธิพลอย่างมากต่อขนาดของแรงดึงดูดระหว่างวัตถุ [ 8 ] แรงดึงดูดระหว่างวัตถุที่กระทำต่อวัตถุทางดาราศาสตร์ เช่น โลก เป็นสัดส่วนโดยตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก...

ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์

ดวงอาทิตย์มีมวลประมาณ 20 ล้านเท่าของดวงจันทร์ และส่งผลต่อโลกในระยะทางที่ไกลกว่าระยะทางของดวงจันทร์ประมาณ 400 เท่า เนื่องจากความสัมพันธ์แบบกำลังสามกับระยะทาง ทำให้แรงดึงดูดจากดวงอาทิตย์ต่อโลกมีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของแรงดึงดูดจากดวงจันทร์ต่อโลก