Woher kommt die Gezeitenenergie?

Irgendwie eine seltsame, zufällige Frage, die mir in den Sinn kam. Gezeitenenergie – die Meeresbewegung der Erde, Vulkanismus auf einigen Jupitermonden usw. – stammt offensichtlich aus der Gravitationswechselwirkung zwischen großen Körpern. Auf der Erde ziehen die Wechselwirkungen mit dem Mond Wasser um die Oberfläche und erzeugen aufgrund von Reibung eine gewisse Menge an Wärme usw.

Meine Frage ist, woher kommt diese Energie genau? Genauer gesagt, welche potenzielle Energiequelle wird erschöpft, um diese Arbeit zu erledigen? Verlangsamt sich die Erde geringfügig in ihrer Rotation – oder verändern sich die Umlaufbahnen der Erde und des Mondes im Laufe der Zeit auf subtile Weise durch die gegenläufige Bewegung und Reibung von Flüssigkeiten und Gasen?

Durch die tägliche Reibung bewegt sich der Mond jedes Jahr weg. Aber nicht für immer.
Da diese Frage nach dem Vulkanismus auf einigen Jupitermonden fragt, ist dies eng verwandt mit LPhysics.stackexchange.com/q/142435/52112 .
Obwohl ich an der Uni in Physik durchgefallen bin. Ich glaube, das ist nicht die vollständige Antwort. Selbst wenn sich die Erde nicht drehen würde, gäbe es zweimal im Monat eine Flut statt (etwa) zweimal am Tag. Wenn die vertikale (Gezeiten-) Bewegung des Ozeans zu Wärme (aufgrund von Reibung) oder Elektrizität (aufgrund von Turbine) führen würde, würde diese Energie vom Mond kommen (dh der Mond würde sich näher an die Erde bewegen).

Antworten (3)

Meine Frage ist, woher kommt diese Energie genau? Genauer gesagt, welche potenzielle Energiequelle wird erschöpft, um diese Arbeit zu erledigen? Verlangsamt sich die Erde geringfügig in ihrer Rotation – oder verändern sich die Umlaufbahnen der Erde und des Mondes im Laufe der Zeit auf subtile Weise durch die gegenläufige Bewegung und Reibung von Flüssigkeiten und Gasen?

Im Falle der Ozeane der Erde und der Vulkane von Io und Enceladus ist die Energiequelle eher die kinetische Rotationsenergie des Planeten als die Umlaufbahnenergie. Ich habe ausführlich über Io in dieser Antwort auf die Frage geschrieben, wenn ein Planet durch Gravitationskraft erhitzt wird, woher wird die Energie an dieser Stelle entnommen. Sofern es keine Einwände gibt, lasse ich diese Antwort im Hinblick auf die Erklärung der Quelle der Schwefelvulkane auf Io und der Kryovulkane auf Enceladus stehen.

Im Fall der Ozeane der Erde ist die Rotationsgeschwindigkeit der Erde (eine Umdrehung pro Tag) viel schneller als die Umlaufgeschwindigkeit des Mondes (eine Umdrehung pro Monat). Reibung, Viskosität, der Coriolis-Effekt und die Größe und Form der Ozeanbecken führen dazu, dass die vom Mond angehobenen Gezeiten gleichzeitig die Rotationsgeschwindigkeit der Erde langsam verlangsamen und den Mond langsam von der Erde zurückziehen.

Die Verlangsamung der Rotationsgeschwindigkeit der Erde und der Umlaufgeschwindigkeit des Mondes sind in Stein (eigentlich gehärteter Ton) in Finsternisse des Mondes und der Sonne geschrieben, die von alten babylonischen Astronomen aufgezeichnet wurden. Beispielsweise wäre die totale Sonnenfinsternis, die am 15. April 136 v. Chr. in Babylon beobachtet wurde, eher über Algier als über Babylon verlaufen, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Erde und die Umlaufgeschwindigkeit des Mondes konstant gewesen wären ( Stephenson ).

Die Verlangsamung der Rotationsgeschwindigkeit der Erde und der Umlaufgeschwindigkeit des Mondes sind noch deutlicher (buchstäblich) in Form einiger Fossilien und Gezeitenrythmiten in Fels geschrieben, Sedimentgesteinsformationen, die extrem alte Aufzeichnungen von täglichen/monatlichen/jährlichen Schwankungen aufweisen Ebbe und Flut. Vor 450 Millionen Jahren war der Tag ein paar Stunden kürzer als heute, vor 900 Millionen Jahren ( Williams ) noch kürzer.


Verweise:

R. Stephenson, "Historische Finsternisse und Erdrotation", Astronomy & Geophysics 44:2 (2008): 22-27 .

G. Williams, „Geologische Einschränkungen der präkambrischen Geschichte der Erdrotation und der Umlaufbahn des Mondes“, Reviews of Geophysics 38.1 (2000): 37-59 .

Obwohl die potentielle Gesamtenergie des Systems aus fester Erde + Ozeanen + Mond + Sonne ungefähr konstant bleiben würde, kann die Energie eines dieser Systeme auf Kosten der anderen drei zunehmen. So entsteht die Gezeitenenergie. Die Gezeitenreibung trägt zur Verringerung der gesamten potentiellen Gravitationsenergie des gesamten Systems bei. Es verursacht auch eine Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit der Erde.

Es ist erwähnenswert, dass das Endergebnis davon ist, dass sich der Mond weiter von der Erde entfernt, ein Effekt, der mit Geräten gemessen wurde, die von den Apollo-Missionen zurückgelassen wurden. Früher war der Mond viel näher als heute.
Erwähnenswert ist auch, dass die Erde irgendwann auch mit dem Mond verbunden sein wird, aber dieser Prozess dauert sehr lange. "Atomuhren zeigen, dass ein moderner Tag um etwa 1,7 Millisekunden länger ist als vor einem Jahrhundert." - Wikipedia Aber diese Änderungsrate der Winkelrotation der Erde wird sich verlangsamen, wenn die Erdrotation näher an die Winkelbewegung des Mondes herankommt.
Diese Antwort scheint falsch zu sein. Warum sollte die potentielle Gesamtenergie des Systems Erde + Ozeane + Mond + Sonne konstant bleiben? Es ist die Gesamtenergie, die konstant sein sollte, einschließlich der Gravitations-, Bewegungs- und inneren Energie der Körper (in einem Inertialsystem). Und die Gezeitenreibung führt dazu ich n c r e a s e der potenziellen Energie der Gravitation - Der Mond entfernt sich um 3,8 cm/Jahr von der Erde, während er eine ungefähr kreisförmige Umlaufbahn beibehält. Das einzige, was richtig erscheint, ist, dass die Winkelgeschwindigkeit der Erde aufgrund des Mondes abnehmen sollte.
@JánLalinský - Sie haben Recht; Diese Antwort ist nicht richtig. Es gibt kein Erhaltungsgesetz für mechanische Energie, geschweige denn für potentielle Energie.

Meine Frage ist, woher kommt diese Energie genau? Genauer gesagt, welche potenzielle Energiequelle wird erschöpft, um diese Arbeit zu erledigen?

Dies hängt im Allgemeinen davon ab, auf welchen Bezugsrahmen sich die Definition von Energie bezieht. Der Rahmen, der sich mit dem Erde-Mond-Zentrum mitbewegt, aber frei von Rotation ist, kann als träge angesehen werden. In diesem Rahmen nimmt die kinetische Energie der festen Erde ab, ebenso wie die kinetische Energie des Mondes. Die potenzielle Gravitationsenergie des Systems steigt ebenso wie die innere Energie der Erde (wirbelnder Ozean und Atmosphäre). Aus dieser Sicht stammt die Energie für Gezeiten, Wellen und Erwärmung also aus den kinetischen Energien beider Festkörper.

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