Svar:
Ebb och flod är ganska komplicerade fenomen som beror på en rad faktorer som Du anger. En av de viktigaste faktorerna är om det kan uppstå
ståendevågor på havet.

Försök: Fyll ett handfat nästan fullt med vatten. Rör handen fram och tillbaka i handfatet. Om handen rörs fort så blir det små vågor men om handrörelserna harsamma frekvens som den fram och återgående vågen i handfatet så kan man enkelt få en stor amplitud. Man har resonans.

Om ett område på havet kan fungera som en balja i vilken orsaken till
tidvattnet kan orsaka sådana stående vågor kan man få väldigt högt tidvatten. Dessa"baljor" i havet är inte de små vikar eller bukter som man ser när man
är ute och seglar.

Läs: I Hans-Uno Bengtssons bok "Fysik för Akrobater" finns en
fyllig genomgång av tidvattenfenomenet.
1998-11-10

Svar:
Vågkraftverk tar till vara på den energi som finns i havsvågor. Man kan till exempel ha ett föremål som flyter och som varje gång en våg kommer rör sig upp och ner.

Denna upp-och nedgående rörelse omvandlas till rotation (jämför cykelpedaler) som driver en elektrisk generator. Sådana kraftverk får placeras på ställen där vågorna är speciellt höga.

Tidvattenkraftverk bygger på tidvattnets höjning och sänkning. Man bygger en damm över en vik där man vill ha ett tidvattenkraftverk. När tidvattnet stiger låter man vattnet gå igenom och driva en turbin ("vattenhjul"). När tidvattnet vänder och vattnet vill gå ut ur viken igen så vänder man på turbinen och tar energi ur vattnet en gång till. Det finns sådana kraftverk vid den franska atlantkusten.

Var kommer energin ifrån? Är våg- och tidvattenenergi förnybar?

Energin måste ju bevaras!

Vågenergi liksom vindenergi får anses förnyelsebara eftersom vågorna drivs av vindar som i sin tur skapas av solens värme. Vindarna går i alla riktningar, så inflytandet på jordens rotation är försumbart. Detta gäller emellertid inte tidvattenenergi.

För tidvattenenergi tar man energin från jordens rotationsenergi: jorden kommer alltså att rotera långsammare och dygnet kommer att bli längre, visserligen långsamt men ändå. Samtidigt som jordens rotation blir långsammare så kommer månen att tvingas längre ifrån jorden, så tidvatteneffekten kommer att bli mindre, se fråga [13056]. Tidvattenenergi är alltså till skillnad från vågenergi inte förnyelsebar. Påpekas bör dock att förekomsten av några tidvattenkraftverk inte ger särskilt stort bidrag till uppbromsningen av jordens rotation och ökningen av månens avstånd.

Ta reda på: Hur ofta är det flod respektive ebb?

Se Vågkraftsprojekt för mer om vågenergi och länk 1 om tidvattenenergi (på engelska). Se även Wave_power, Tidvattenkraftverk och Tidal_power.
/Peter E 1998-11-11

Svar:
Låt oss börja med att definiera tidvatten:
Tidvatten (ebb och flod) är periodiska rörelser i havet som beror på månens och solens dragningskraft. Verkan av månens dragningskraft är dominerande eftersom månen befinner sig så nära jorden. Solens inverkan är att förstärka tidvatteneffekten när solen, jorden och månen ligger i en linje och försvaga den när vinkeln solen-jorden-månen är 90^o.

Problemet med de två bulorna är en klassisk besvärlig fråga eftersom man använder två till synes olika modeller som förklaring. Mer om detta nedan; här är först den förklaring jag föredrar från den engelska versionen av Wikipedia, Tide, där även bilderna nedan kommer ifrån:

Titta på den översta bilden. En partikel på jordytan närmast månen påverkas av en kraft som är lite större än en kraften på en partikel i centrum, som i sin tur påverkas av en större kraft än en partikel på frånsidan eftersom gravitationskraften avtar som 1/r². I stället för krafter kan vi uppfatta pilarna som accelerationer som orsakas på en massa m (F=ma). Om vi subtraherar accelerationen i jordens masscentrum får vi kvar accelerationer enligt den nedre figuren: på närsidan en liten rest riktad mot månen och på bortre sidan en rest riktad från månen. Denna subtraktion innebär att vi väljer ett koordinatsystem som är i vila i förhållande till jordens masscentrum.

Låt oss föreställa oss jorden med hav överallt. De resulterande krafterna kommer då att lyfta havet med ett litet belopp h så att mgh (m är massan av, säg, en cm³ vatten) är lika med den resulterande tidvattenskraften. Höjden h är c:a 0.54 m och, om man även tar med solens maximala påverkan, 0.79 m. När väl denna justering av havsytans form skett, råder jämvikt och jordens form är fix.

Tidvatten kan emellertid på vissa platser vara upp till 10 m. Anledningen till denna stora avvikelse är att jorden bara delvis är täckt av hav och att kustlinjerna kan ge en stor förstärkning av effekten, se Lectures on tides. Det kan dessutom förekomma resonansfenomen (se nedan) eftersom tidvattenskrafterna är periodiska. I TidePhase_and_amplitude finns en karta över fas och amplitud his tidvattnet över hela världen.

Om det inte fanns något vatten på jorden skulle jordens form ändå anpassa formen efter tidvattenskrafterna, men mindre eftersom fast material gör större mekaniskt motstånd.

Figuren i mitten nedan visar vad som händer i en godtycklig punkt A på havsytan. Eftersom avståndet MA' är större än MA kommer kraften i A vara större än kraften i A' (nedre triangeln). Vi får alltså i detta fall en resulterande kraft riktad uppåt till höger.

Motsvarande beräkning för hela klotet ger resultatet i den nedre figuren. De resulterande krafterna kommer att deformera klotet så att vi får en rotationsellipsoid med storaxeln riktad mot månen. Observera att de resulterande krafterna finns på den odeformerade jorden. När vattnet anpassat sig kommer den extra höjden på vattenpelaren att kompensera kraften och vi har jämvikt.

Vi har här bortsett från jordens rotation. Om man även tar hänsyn till denna och friktionen kommer ellipsoiden att vridas, se fråga [13056].

Experiment med resonans

Ta en balja eller en spann och fyll i vatten till några centimeters djup. Skaka baljan fram och tillbaka med jämn rytm. Pröva med olika rytmer. Vid vissa skakningsrytmer blir det bara små vågeffekter. Vid andra rytmer blir vågorna bara större och större, så att det till slut skvalpar ut. Det fenomenet kallar vi resonans.

Diskussion av till synes olika förklaringar

En del förklaringar till tidvattenseffekten involverar centrifugalkraften, t.ex. The Cause of Tides (easy version) och OUR RESTLESS TIDES, medan andra som ovan inte gör det.

Anledningen till skillnaden är vilket koordinatsystem man föredrar. Ovan har vi föredragit jordens masscentrum. I detta har vi ingen acceleration (vi står förhoppningsvis stadigt på jordytan) och deformationen orsakas av skillnaden i gravitation i olika punkter på jorden.

Om vi i stället betraktar systemet jorden-månen från deras gemensamma masscentrum (som ligger c:a 1/4 jordradie under jordytan), så accelereras jorden hela tiden (roterar kring masscentret), och vi måste ta hänsyn till centrifugalkraften.

Observera är deformationen inte uppkommer bara vid rotationsrörelse, utan jorden skulle vara en ellipsoid även om den föll fritt mot månen, se Tidal_force för exempel på denna effekt.

Se även Tidvatten och länk 1 och 2.

/Peter E 1999-10-11

Svar:
Ja, avståndet mellan månen och Jorden ökar för varje år som går. Detta beror på att tidvattnet bromsar upp Jordens rotation (se tidvatten), så att dygnets längd ökar. Jordens
minskade rotationshastighet kompenseras av att månens avstånd ökar. Detta därför att det s.k. rörelsemängdsmomentet i systemet Jorden-Månen måste bevaras. Man har mätt upp ökningen i avståndet till 3,82 cm/år.

Se vidare fråga [13056] och Moon_orbit.
/KS 2002-10-15

Svar:
Det behövs ingen friktion som konstgjorda satelliter utsätts för - dessa bromsas av rester av jordens atmosfär och faller till slut ner på jorden.

För månen händer följande: månen orsakar två tidvattens-bulor - se bilden nedan och fråga [3520]. Pga jordens rotation ligger dessa inte exakt under månen, utan lite österut (mycket överdrivet på bilden). Orsaken är att jorden roterar från väster till öster, och rotationen "drar med" tidvattens-bulorna åt öster.

Månens gravitation verkar på bulorna och försöker hindra dem att dras åt öster. Friktionen mellan bulorna och resten av jorden orsakar en liten uppbromsning av jordens rotation.

Samtidigt försöker bulorna dra månen framåt i banan (se att det finns en liten komposant av kraften i månens rörelseriktning efterom den "övre" bulan är närmare månen än den "undre"). Detta medför att månbanans radie ökar. Minskningen i jordens rotation och det ökande avståndet till månen gör att det totala rörelsemängdsmomentet (se fråga [12527]) för systemet jorden-månen bevaras.

Månen rör sig alltså långsamt allt längre från jorden (se fråga [8359]) och kommer till sist att göra sig helt fri. Observera att om jorden roterat i motsatt riktning till månens banrörelse så skulle månen dras mot jorden och till slut kolliderat med den.

Se vidare Tidal_acceleration och Tide.

/Peter E 2004-04-18

Svar:
Om man tror på hypotesen att månen bildades genom att en mindre planet, Theia, kolliderade med jorden kort efter att jorden bildats (för 4.6 miljarder år sedan) (Origin_of_the_Moon) kan man inte svara på hur jorden roterade från början. Detta eftersom en så våldsam kollision sannolikt skulle ändra både jordens rotationshastighet och rotationsaxelns lutning mot jordbanans plan.

Enligt beräkningar (Earth%27s_rotationOrigin) var jordens rotationstid c:a 5 timmar direkt efter kollisionen. När kollisionsresterna genom ömsesidig gravitation samlats ihop till månen bromsade stora tidvattenseffekter jordens rotation samtidigt som månen avlägsnade sig från jorden.

I dag är ju dygnet 24 timmar och det förlängs med 1.7 millisekunder per århundrade genom tidvatteneffekter, se [13056] och [14911].

För c:a 600 miljoner år sedan (ungefär när flercelligt liv uppkom på jorden) var dygnet enligt fossiler c:a 21 timmar, se Earth's_rotationTidal_interactions. Ökningen i dygnets längd är förvånande konstant:

100(24-21)36001000/600000000 = 1.8 millisekunder per århundrade.
/Peter E 2016-10-01