Gravitationele effecten: De getijden - Eb en vloed

Wie graag een dagje vertoeft aan de kust, zal zeker al gemerkt hebben dat er 2 getijden bestaan: eb en vloed. Maar wat zorgt ervoor dat de zee opkomt en weer weggaat? En dit 2 keer per dag?

Maan, Aarde en Getijden

De oorzaak voor de getijden moeten we zoeken bij de gravitationele kracht tussen de aarde en de maan. Gravitatie zorgt ervoor dat de maan rond de aarde draait. Maan en Aarde trekken elkaar aan. De maan ‘valt’ als het ware continu in een cirkelvormige baan rond de aarde. Newton ontdekte dat de gravitationele kracht tussen 2 massa’s kwadratisch afneemt met de afstand tussen deze massa’s. Door de niet te verwaarlozen grootte van de Aarde beïnvloedt de kracht die de maan op de aarde uitoefent, verschillende plaatsen op aarde dan ook op een andere manier. De kracht op het deel van de aarde dat gericht is naar de maan zal sterker aangetrokken worden dan het stuk van de aarde die van de maan wegkijkt. Dit zorgt ervoor dat de aarde lichtjes uitgerekt wordt.

Het verschil in attractie zorgt voor een “uitrekkende kracht” of “getijdekracht”. Deze kracht beïnvloedt zowel land als oceaan. Al is het effect op de oceanen veel duidelijker dan het effect op de aarde. Dit komt natuurlijk door het feit dat water veel gemakkelijker beweegt dan aarde. De rotatie van de aarde zorgt ervoor dat elke plaats op aarde 2 keer per dag doorheen de zone van hoogtij passeert. In feite gebeurt dit geen 2 keer per dag, maar 2 keer per 24u50min. Dit komt doordat de maan ook nog rond de aarde draait. Daardoor zit er op elke plaats op aarde 12u25 minuten tussen de getijden. De hoogte en timing van de getijden variëren sterk van plaats tot plaats. Op de meeste plaatsen op aarde gaat deze beweging zeer langzaam. Op andere plaatsen gebeurt dit dan weer zeer snel. Een gekend voorbeeld hiervan is de gekende Franse plaats Mont-Saint-Michel. Hier komt het hoogtij veel sneller op dan een mens kan zwemmen. Dit zorgde er de voorbije eeuwen voor dat vele pelgrims verdronken wanneer ze de Mont-Saint-Michel wilden verlaten. Aan de Belgische en Nederlandse kust komen de getijden veel trager.

Zon, Aarde en Getijden.

Niet alleen tussen de maan en de aarde werkt gravitatie, ook tussen de zon en de aarde gebeurt dit. Dit heeft tot gevolg dat de aarde ook lichtjes uitgerekt wordt langs de lijn die de zon en de aarde met elkaar verbindt. Doordat de massa van de zon meer dan een miljoen keer groter is dan die van de maan, is de kracht die tussen de aarde en de zon werkt veel groter dan deze tussen de aarde en de maan. Deze zwaartekracht zorgt er dan ook voor dat de aarde rond de zon draait. Desalniettemin is de getijdekracht ten gevolge van de gravitatie tussen de aarde en de zon kleiner dan deze tussen de aarde en de maan. Dit komt doordat de diameter van de aarde ten opzichte van de afstand maan-aarde veel groter is dan de verhouding van de diameter van de aarde ten opzichte van de afstand zon-aarde. Dit zorgt ervoor dat het verschil in aantrekking tussen de kant van de aarde die naar de zon gericht is en de kant van de aarde die van de zon weggericht is, kleiner is dan het geval was in het geval maan-aarde. De getijdekracht ten gevolge van de zon is dan ook slechts 1 derde van deze ten gevolge van de maan.

Springtij en doodtij

Wanneer de zon, de maan en de aarde op 1 lijn staan (dus bij nieuwe en volle maan), dan werken de getijdekrachten ten gevolge van de zon en de maan samen. Dit zorgt ervoor dat deze krachten groter zijn en dat het zeeniveau iets meer zal stijgen. Dit betekent dan ook dat, wanneer de zon en de maan een rechte hoek vormen ten opzichte van de aarde (in eerste kwartier en laatste kwartier) dat dan de getijdekrachten elkaar verzwakken en we een lager getij krijgen: het doodtij.

Getijden en wrijving

Door het feit dat de getijdekrachten ervoor zorgen dat de aarde uitgerekt wordt, zal er een wrijving ontstaan tijdens de rotatie van de aarde om haar as. Dit is wat we de getijdefrictie noemen. Deze frictie in combinatie met de rotatie van de aarde zorgt ervoor dat de getijden niet gericht zijn langs de lijn die de aarde en de maan met elkaar verbindt, maar dat ze gericht zijn langs een lijn die lichtjes voorloopt op deze lijn. De gravitatie die veroorzaakt wordt door de aanwezigheid van de maan wil deze richting van de getijden terug langs de aarde-maan lijn richten. Dit alles heeft 2 gevolgen. Ten eerste zorgt het terugtrekken van de maan ervoor dat de rotatie van de aarde lichtjes vertraagd wordt. Ten tweede zorgt de gravitatie van de getijdeopzwellingen ervoor dat de maan lichtjes voorraakt in haar rotatie om de aarde. Dit zorgt ervoor dat de orbitale energie van de maan toeneemt en dat de maan wat verder van de aarde verwijderd raakt. Deze effecten zijn echter verwaarloosbaar over de levensduur van een mens. Ze zorgen ervoor dat een dat ongeveer 1 seconde langer wordt per 50000 jaar. Een belangrijk gevolg van deze getijdefrictie is het feit dat we steeds dezelfde kant van de maan zien. Dit lijkt op het eerste zicht een enorm toeval, maar is dat niet. We mogen echter niet vergeten dat, als de maan getijdekrachten veroorzaakt op aarde, de aarde dit ook zal doen op de maan. Aangezien de massa van de aarde veel groter is dan de maan, zullen deze getijdekrachten echter een stuk groter zijn. Men vermoedt dan ook dat de maan vroeger veel sneller rond haar as draaide dan nu het geval is, maar dat de getijdekrachten ervoor gezorgd hebben dat de rotatie van de maan rond haar as sterk afgezwakt is. Hierdoor draait de maan op vandaag 1 keer om haar as in de tijd die ze nodig heeft om rond de aarde te draaien. Dit is wat we noemen de synchrone rotatie van de maan.