Siła pływowa
Siła pływowa – siła działająca na ciało rozciągłe znajdujące się w polu sił o różnej wartości lub kierunku w różnych punktach ciała. Najczęściej kojarzona z polem grawitacyjnym.
Siła pływowa pojawia się wtedy, gdy siła grawitacji zmienia się znacznie na długości ciała. Część ciała, znajdująca się bliżej źródła siły (najczęściej jakiegoś ciała niebieskiego - gwiazdy, planety, księżyca, czarnej dziury itp.), jest przyciągana znacznie silniej, niż część ciała bardziej odległa od źródła siły.
Opis matematyczny
Siłę pływową wzdłuż prostej łączącej oba ciała można w przybliżeniu (r ≪ R) opisać wzorem:
gdzie:
- G - stała grawitacyjna,
- M - masa ciała wytwarzającego pole,
- m - masa ciała podlegającego sile pływowej,
- R - odległość między środkami ciał,
- r - odległość od środka ciała podlegającego sile pływowej, dla punktu znajdującego się na powierzchni ciała równa jest promieniowi ciała.
Siła pływowa zmienia się bardzo szybko (sześciennie) wraz z odległością, najsilniej działa przy względnie niewielkich odległościach od ciał o dużej gęstości. Siła wzrasta liniowo wraz z odległością od środka ciała (r w liczniku), co np. sprawia, że siły pływowe działają silnie na atmosfery ciał, co przy zbliżeniu się ciał (Granica Roche'a) prowadzi do porwania atmosfery ciała o mniejszej gęstości przez ciało o większej gęstości.
Przykłady działania sił pływowych
Miejscem największego działania sił pływowych jest najbliższe otoczenie czarnej dziury. Każde ciało znajdujące się w jej pobliżu prędzej czy później powinno zostać rozerwane na drobne części, teoretycznie nawet cząsteczki.
Podobny efekt może wystąpić w pobliżu gwiazd neutronowych, które także mają bardzo dużą gęstość.
Kometa Shoemaker-Levy 9 także została rozerwana przez siły pływowe Jowisza. Fragmenty znajdujące się bliżej planety spadły z większym przyspieszeniem niż te bardziej od niej odległe.
Mniej ekstremalnym przykładem są pierścienie Saturna. Siły pływowe powstrzymują materiał w nich zawarty przed uformowaniem się w księżyce pod wpływem wzajemnego przyciągania grawitacyjnego cząstek.
Najbardziej nam znanym efektem działania sił pływowych są pływy morskie. Są one spowodowane przyciąganiem Księżyca (w mniejszym stopniu także Słońca) i ruchem obrotowym Ziemi. Oceany po stronie, po której znajduje się Księżyc oraz przeciwnej wybrzuszają się wzdłuż osi Ziemia-Księżyc.
Wewnątrz ciała podlegającego sile pływowej powstaje tarcie pływowe. Powoduje ono utratę energii kinetycznej i generuje ciepło. Dzięki niemu, na księżycu Jowisza Io występuje olbrzymia aktywność wulkaniczna; na dużo mniejszym lodowym księżycu Saturna, Enceladusie, współcześnie czynne są gejzery.
Utrata energii kinetycznej z powodu tarcia pływowego oraz odkształcenie pływowe Księżyca są przyczynami obrotu synchronicznego, co oznacza, że jest on zawsze obrócony tą samą stroną do Ziemi.