§ 137. Приливы

Если бы Земля была удалена от всех других небесных тел на расстояния во много раз большие, чем теперь, так, чтобы притяжение других небесных тел совсем не сказывалось, то отличие Земли от инерциальной системы отсчета заключалось бы только в том, что она вращается вокруг своей оси. Но фактически небесные тела Солнечной системы действуют на Землю, сообщая ей некоторое ускорение относительно Солнца и звезд; поэтому, помимо сил инерции, обусловленных вращением Земли вокруг своей оси, нужно учитывать силы инерции, соответствующие ускоренному движению Земли в целом. Важнейшее проявление этих сил в системе отсчета «Земля» — это морские приливы.

Рис. 211. Возникновение приливов:  — сила инерции,  и — силы притяжения частиц воды Луной,  — ускорение Земли, вызванное притяжением Луны

Главную роль в морских приливах играют Луна (как ближайшее небесное тело) и Солнце (как самое массивное небесное тело Солнечной системы).

Рассмотрим сначала приливы, вызываемые Луной. Сила тяготения, действующая со стороны Луны на Землю, вызывает ускорение  в направлении прямой, соединяющей центры Земли и Луны (рис. 211). Следовательно, на все тела на Земле действует сила инерции, равная произведению массы тела на это ускорение, взятое с обратным знаком. Для Земли в целом эта сила инерции в точности равна силе притяжения Земли Луной и направлена противоположно. Напомним, что вследствие шарообразности этих небесных тел Луна притягивает Землю так, как если бы вся масса Земли была сосредоточена в ее центре. Но сила тяготения убывает с расстоянием. Значит, тела, находящиеся на поверхности Земли со стороны Луны, т. е. ближе к Луне, чем центр Земли, будут притягиваться Луной с силой, превышающей силу инерции, и разность этих сил направлена от центра Земли. Поэтому в точках «под Луной» тела «теряют в весе».

В диаметрально противоположных точках сила тяготения Луны снова не уравновешивает силу инерции, так как тело расположено от Луны дальше, чем центр Земли. Разность силы инерции и силы притяжения Луной направлена снова от центра Земли. Значит, в этих местах земной поверхности тела тоже «теряют в весе». Сила инерции равна силе притяжения Луной и уравновешивается ею только для точек, лежащих посередине между точками прямо «под Луной» и диаметрально противоположными точками. Итак, и «под Луной», и с противоположной стороны тела немного «теряют в весе» вследствие того, что сила тяготения убывает с расстоянием. Благодаря этому действию Луны с двух сторон Земли возникает плавное поднятие уровня океана на несколько десятков сантиметров. Между местами поднятия происходит соответственное опускание уровня океана. Вследствие вращения Земли эти места поднятия и опускания перемещаются по поверхности Земли. Посреди моря это небольшое поднятие практически незаметно, но вблизи берегов оно выражается в том, что вода заливает берег (прилив), а примерно через 6 часов — отступает от берега (отлив).

Подобно Луне, Солнце также вызывает на Земле приливы и отливы. Вследствие огромной массы Солнца и сила притяжения Солнца, и соответственные силы инерции гораздо больше, чем эти же величины для Луны. Но мы видели, что приливы вызывает не одна сила притяжения или сила инерции, а разность между силой инерции и силой тяготения для одной и другой сторон Земли. Сила инерции для всей Земли одна и та же: она равна силе притяжения Земли Солнцем. Сила же притяжения, как и в случае притяжения Луной, уменьшается при переходе от стороны, освещенной Солнцем, к теневой стороне. Но чем дальше находится притягиваемое тело (Земля) от притягивающего (Луна и Солнце), тем медленнее меняется сила тяготения при удалении. Так как Солнце во много раз дальше от Земли, чем Луна, то оказывается, что приливное действие, т. е. разность между силой инерции и силой тяготения, для Солнца меньше, чем для Луны (почти в три раза). Все же действие приливов, вызванных Солнцем, заметно: когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной прямой (новолуние и полнолуние), приливы усиливаются, а когда направления на Солнце и на Луну образуют прямой угол (первая четверть или третья четверть Луны), то приливы ослабевают.

Как ясно из рассмотрения происхождения приливов, они вызываются нарушением эквивалентности сил инерции и сил тяготения, уже упоминавшимся в § 131. Делается ясной и причина нарушения эквивалентности: в то время как сила инерции, возникающая в системе отсчета «Земля» вследствие ускорения, сообщаемого Земле Луной, не зависит от положения тела на Земле, сила притяжения тела Луной от этого положения зависит.