Frage:
Wie stark sind die Gezeiten, die Io auf dem Jupiter erzeugt, im Vergleich zu denen, die der Mond auf der Erde erzeugt?
user267545
2020-06-15 22:08:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Es scheint zwei Möglichkeiten zu geben, Gezeitenkräfte zu berechnen, die widersprüchlich erscheinen. Entweder:

  1. Durch Berechnen der Differenz zwischen der Gravitationsbeschleunigung von Io auf einem Punkt auf der nahen Seite des Jupiter und der Gravitationsbeschleunigung, die ein Punkt auf der anderen Seite des Jupiter spürt, unter Verwendung der folgenden Gleichung: >

    $$ \ frac {GM_ {io}} {(d-r_ {jupiter}) ^ {2}} - \ frac {GM_ {io}} {(d + r_ {jupiter}) ^ {2}} $$ span>

    Für das Io-Jupiter-System ist dies $ 24.0807 \ times10 ^ {- 6 } $ span> Newton, während es für das Mond-Erde-System $ 2.2009 \ times 10 ^ {- 6} $ span> Newton ist.

  2. ol>

    Wenn Sie also die Gezeitenkräfte auf diese Weise berechnen würden, wären die von Io auf Jupiter erhobenen Gezeiten $ 10.94 $ span> mal so stark wie die Gezeiten, die der Mond auf der Erde ausgelöst hat


    Es gibt jedoch auch einen anderen Weg, den ich gefunden habe:

    1. Unter Verwendung der Ableitung des Newtonschen Gesetzes der universellen Gravitation unter Verwendung der folgenden Gleichung:
    2. ol>

      $$ \ frac {-2G \ times M_ {jupiter} \ times {m_ {io}}} {d ^ {3}} $$ span>

      Für Io ist dies $ 3.015 \ mal 10 ^ {14} $ span> Newton pro Meter, während es für den Mond $ 1.031 \ mal 10 ^ {12} $ span> Newton pro Meter ist.

      Wenn Sie also die Gezeitenkräfte auf diese Weise berechnen würden, wären die von Io auf Jupiter erhobenen Gezeiten $ 292,5 $ span> mal so stark wie die Gezeiten, die der Mond auf der Erde ausgelöst hat


      Also, welches ist es? Sind die Gezeiten auf dem Jupiter um 10,94 oder 292,5-mal so stark wie auf dem Mond auf der Erde? Meine Intuition lässt mich glauben, dass die erste Antwort richtig ist, da sie den Radius des Primärs berücksichtigt, aber ich möchte nur eine kurze Antwort.

Ihr erster Ausdruck gibt Mengen in m / s² an, nicht Newton.
@antispinwards Wenn wir sein $ \ frac {m} {s} $ mit der Masse von Io multiplizieren, stimmt es mit der zweiten Berechnung überein?
Hallo neuer Benutzer, bitte geben Sie weitere Informationen an. Identifizieren Sie insbesondere, was ** d ** in beiden Formeln ist, und geben Sie einen Verweis (vorzugsweise mit Link) auf Quellen dieser beiden Formeln an.
Einer antworten:
David Hammen
2020-06-16 06:18:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Beide Ausdrücke sind falsch. Der erste sollte $$ \ frac {GM _ {\ text {moon}}} {(R _ {\ text {moon}} - r _ {\ text {planet}}) ^ 2 sein } - \ frac {GM _ {\ text {moon}}} {{R _ {\ text {moon}}} ^ 2} \ tag {1b} $$ span> oder $$ \ frac {GM _ {\ text {moon}}} {{R _ {\ text {moon}}} ^ 2} - \ frac {GM _ {\ text {moon}} {(R _ {\ text {moon} } + r _ {\ text {planet}}) ^ 2} \ tag {1a} $$ span> wobei $ R _ {\ text {moon}} $ span> ist der Abstand zwischen dem Zentrum des Planeten und dem Zentrum des Mondes. Gleichung (1a) bezieht sich auf den Punkt auf der Oberfläche des Planeten, der dem Mond am nächsten liegt, während (1b) sich auf den Punkt auf der Oberfläche des Planeten bezieht, der am weitesten vom Mond entfernt ist.

Beachten Sie, dass die Ergebnisse Einheiten haben eher der Beschleunigung als der Kraft. Die Gezeitenkraft auf eine kleine Masse auf der Oberfläche des Planeten ist das Produkt der Gezeitenbeschleunigung und der Masse dieser kleinen Masse.

Seit $ R _ {\ text {moon}} \ gg r_ \ text {planet} $ span> im Fall von Io und Jupiter und auch im Fall von Mond und Erde sind die beiden Ausdrücke nahezu gleich und beide wiederum sind fast gleich $$ 2 \ frac {GM _ {\ text {moon}} r _ {\ text {planet}}} {{R _ {\ text {moon}}} ^ 3} \ tag {2} $$ span> Dies ist die korrekte Version Ihres zweiten Ausdrucks.

Wenn Sie die Zahlen eingeben, stellen Sie fest, dass die vom Mond an der Oberfläche des Flusses ausgeübte Gezeitenbeschleunigung Die Erde beträgt 1,068 μm / s ^ 2, während die von Io an der Oberfläche des Jupiter ausgeübte Gezeitenbeschleunigung 9,014 μm / s ^ 2 beträgt - über das 8-fache der vom Mond an der Erdoberfläche verursachten Gezeitenbeschleunigung. Dies zeigt nicht ganz das Ausmaß der Gezeiten, die Io auf Jupiter (oder der Mond auf der Erde) ausgelöst hat.

Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Gleichungen (1) und (2) nur auf zwei spezielle Punkte beziehen, den Submondpunkt und seinen Antipoden. Die Gezeitenbeschleunigung an dem Punkt, an dem sich der Mond am Horizont befindet, beträgt die Hälfte des Wertes von Gleichung (2) und ist nach innen gerichtet. Was schön wäre, wäre ein potentielles Modell, dessen Gradient zu Gleichung (2) und auch zur Einwärtsbeschleunigung am Horizont führt. Diese mögliche Funktion ist in erster Ordnung $$ V = \ frac {GM _ {\ text {moon}} {r _ {\ text {planet}}} ^ 2} {{R_ {\ text {moon}}} ^ 3} \ frac {3 \ cos \ phi ^ 2-1} {2} $$ span> wobei $ \ phi $ span> ist der Winkel zwischen dem Liniensegment zwischen dem Mittelpunkt des Planeten und dem Zentrum des Mondes und dem Liniensegment zwischen dem Mittelpunkt des Planeten und dem fraglichen Punkt auf der Oberfläche des Planeten.

Wenn der Planet aus einer fiktiven reibungsfreien Flüssigkeit bestehen würde, würde die Flüssigkeit einen prolateralen Sphäroid bilden, dessen Höhe in einem bestimmten Winkel $ phi $ span> sich von der mondlosen Kugelform des Planeten unterscheidet $ V (\ phi) / g_ \ text {planet} $ span>. Die Höhe der Gezeitenwölbung ist die Differenz zwischen dem Maximum bei $ \ phi = 0 $ span> und dem Minimum bei $ \ phi = \ pi / 2 $ span> oder $$ h = \ frac32 \ frac {M _ {\ text {moon}}} {M _ {\ text {planet}}} \ frac {{r _ {\ text {planet}}} ^ 4} {{R _ {\ text {moon}}} ^ 3} $$ span>

Beim Einstecken der gefundenen Zahlen dass die vom Mond auf einer fiktiven reibungslosen Flüssigkeit Erde erzeugte Gezeitenwölbung 0,5327 Meter betragen würde, während die von Io auf einer fiktiven reibungslosen Flüssigkeit Jupiter erzeugte Gezeitenwölbung 22,52 Meter betragen würde - mehr als das 42-fache der vom Mond auf der Erde angehobenen Gezeiten die Erde.

Während weder Jupiter noch die Erde aus einer solchen fiktiven Flüssigkeit bestehen, liefert die Höhe der Gezeitenwölbung dennoch ein schönes Bild davon, wie groß die Gezeiten sein können, die aus einem Mond resultieren.

Ihre Ableitung stimmt nicht mit einer überein, die ich aus den ersten Prinzipien gemacht habe (es gibt einen Faktor von 3), also werde ich großen Spaß haben, zurück zu gehen und zu sehen, wo ich falsch lag! Ein Punkt jedoch: Ich sage normalerweise reibungslose * Trägheitslosigkeit * Flüssigkeit und ich denke, Sie brauchen die Trägheit, um diese Schätzung der Gezeitenhöhe 0. Ordnung wahr zu machen.
@MartinKochanski - Ich habe * Trägheit * in meine Verwendung von * fiktiv * aufgenommen. Oder vielleicht hätte ich fiktiv verwenden sollen. Newtons Gezeitenwölbung existiert nicht. Die Berechnung liefert jedoch Ergebnisse, die zeigen, wie bedeutend die Gezeiten sein können.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
Loading...