hiện tượng thủy triều , nguyên nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ MẶT TRĂNG VÀ THỦY TRIỀU TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ TIỂU LUẬN Tên học phần: THIÊN VĂN HỌC ĐẠI CƯƠNG Tên đề tài: MẶT TRĂNG VÀ THỦY TRIỀU GVHD: Cao Anh Tuấn Nhóm thực hiện: Nhóm 3 Tô Hoàng My Nguyễn Thị Trang Nguyễn Song Dy Tùng Nguyễn Đức Chung Nguyễn Thị Tuyết Trinh Đặng Thị Thu Duyên Huỳnh Thị Trúc Ngân TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 K39.105.016 K39.105.031 K39.105.033 K39.105.002 K39.105.149 K39.105.050 K39.105.098 LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy Cao Anh Tuấn – Giảng viên lớp học phần Thiên Văn Học Đại Cương, trình giảng dạy giúp đỡ có kiến thức làm tảng cho việc nghiên cứu đề tài Cám ơn đóng góp ý kiến, giúp đỡ tài liệu, tinh thần, động viên, khích lệ bạn sinh viên lớp học phần Thiên Văn Học Đại Cương – PHYS101903 tạo môi trường tốt cho vừa học tập, vừa nghiên cứu đề tài Chúc thầy bạn mạnh khỏe, công tác học tập tốt Xin chân thành cám ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Mục Lục PHẦN MỞ ĐẦU Nước biển khắp nơi giới lên xuống ngày hai lần Ban ngày, nước biển dâng lên gọi “triều”, đến tối nước biển hạ xuống gọi “tịch” Nhưng bình thường, người ta thường gọi “triều” “tịch” “thủy triều” Vậy lại có tượng nước biển có lúc dâng lên, có lúc hạ xuống vậy? Như tất người biết tượng nước biển dâng lên, hạ xuống gọi tượng “thủy triều” dễ dàng lý giải nguyên nhân thủy triều lực hút Mặt Trăng Nhưng thực tế cho thấy, có người hiểu rõ ràng nguyên nhân, đặc điểm lý giải cặn kẽ tượng Đó lý mà ngày hôm nhóm định chọn đề tài “Mặt Trăng thủy triều” làm đề tài nghiên cứu Mục đích tiểu luận nhằm giới thiệu giải thích cặn kẽ mối quan hệ Mặt Trăng thủy triều, giải thích rõ nguyên nhân, đặc điểm, thuật ngữ thủy triều, tác hại ứng dụng tượng Bên cạnh đó, nhóm cung cấp thêm só thông tin kiến thức khoa học hữu ích tượng thủy triều Phương pháp nghiên cứu chủ yếu dựa nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu giáo trình, sách tham khảo, tài liệu có liên quan đến nội dung đề tài nghiên cứu Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn, giảng viên giảng dạy lớp học phần 10 - Công thức tính lực hấp dẫn hai vật: Trong đó: G số hấp dẫn G = M, m khối lượng hai vật R khoảng cách hai vật - Như ta biết khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng 384,835 km khối lượng Mặt Trăng , khoảng cách từ Trái Đất đến Măt Trời 149,785,000 km khối lượng Mặt Trời vào khoảng Tuy Mặt Trời có khối lượng lớn khoảng cách Mặt Trời Trái Đất lớn nhiều lần so với khoảng cách từ Mặt Trăng nên Mặt Trăng gây nhiều ảnh hưởng đến Trái Đất Đặc biệt tượng thủy triều - Sự hình thành lực tạo triều(1): + Những lực tác dụng lên phần tử vật chất Trái Đất gồm lực trọng trường, lực hấp dẫn Mặt Trăng, Mặt Trời lực ly tâm hình thành hệ Trái Đất – Mặt Trăng hay Trái Đất – Mặt Trời quay quanh trọng tâm chung tương ứng chúng Trọng lực điểm Trái Đất không đổi, không cần kể đến Lực hấp dẫn Mặt Trăng hay Mặt Trời tác động lên điểm khác Trái Đất không nhau, phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm đến Mặt Trăng Mặt Trời + Xét chuyển động hệ Mặt Trăng – Trái Đất Nhờ chuyển động biệt lập không gian hấp dẫn lẫn nhau, Trái Đất Mặt Trăng không rơi vào mà quay quanh trọng tâm chung P khoảng cách 0.73 bán kính Trái Đất, đường nối tâm Trái Đất với tâm Mặt Trăng Vậy hệ thống quay, lực ly tâm xuất điểm Trái Đất, kể tâm nó, 18 độ lớn có hướng song song với đường thẳng nối tâm Trái Đất với Mặt Trăng phía xa Mặt Trăng + Nếu kí hiệu lực ly tâm điểm Trái Đất , lực hấp dẫn Mặt Trăng lên điểm Tổng vecto lực ly tâm hấp dẫn điểm lực tạo triều + Nhưng lực ly tâm điểm độ lớn ngược hướng so với lực hấp dẫn Mặt Trăng lên tâm Trái Đất nên – lực hấp dẫn Mặt Trăng lên tâm Trái Đất + Như suy lực tạo triều điểm Trái Đất hiệu lực hấp dẫn Mặt Trăng lên điểm lực hấp dẫn Mặt Trăng lên tâm Trái Đất Điều giúp thuận tiện tính lực tạo triều cho điểm Trái Đất Hình 1: Biểu diễn phân bố lực tạo thủy triều mặt Trái Đất Thấy điểm gần Mặt Trăng đường nối tâm Trái Đất với tâm Mặt Trăng lực tạo triều có độ lớn lớn hướng phía Mặt Trăng Tại điểm xa Mặt Trăng đường lực tạo triều có độ lớn hướng phía xa Mặt Trăng Tại điểm nằm đường vuông góc với đường nối tâm Trái Đất – Mặt Trăng qua tâm Trái Đất, lực tạo triều có độ lớn 19 khoảng ½ so với hai trường hợp hướng vào phía tâm Trái Đất Với điểm chuyển tiếp khác, lực tạo triều có độ lớn hướng chuyển tiếp hai trường hợp đặc biệt + Dưới tác động lực tạo triều, phần tử nước Trái Đất phải dịch chuyển theo chiều lực Nếu đại dương lớp vỏ nước dày bao phủ khắp bề mặt Trái Đất nước dâng cao điểm nằm đường nối tâm Trái Đất – Mặt Trăng, hạ thấp điểm nằm đường vuông góc với đường nối tâm Trái Đất – Mặt trăng qua tâm Trái Đất Kết mặt đại dương có dạng ellipxoit tròn xoay với trục lớn hướng theo đường nối tâm Trái Đất – Mặt Trăng + Độ lớn lực tạo triều: Khoảng cách từ Tâm Trái Đất đến Mặt Trăng 60 lần bán kính Trái Đất, khối lượng Trái Đất gấp 81 lần khối lượng Mặt Trăng Do ta tính lực hấp dẫn Mặt Trăng lên tâm Trái Đất lực hấp dẫn Mặt Trăng lên điểm xa Mặt Trăng mặt Trái Đất + Vậy độ lớn lực tạo triều Mặt Trăng điểm Tương tự ta tính lực tạo triều Mặt Trời, biết khoảng cách từ tâm Trái Đất đến Mặt Trời 23,400 lần bán kính Trái Đất, khối lượng Mặt Trời 333,000 khối lượng Trái Đất Các lực hấp dẫn Mặt Trời lên tâm Trái Đất lên điểm xa Mặt Trời Trái Đất là: độ lớn lực tạo triều cho điểm Từ đánh giá lực tạo triều Mặt Trăng lớn lực tạo triều Mặt Trời khoảng 2.1 lần 20 Phân loại 4.1 Nhật triều - Nhật triều chu kỳ triều hay ngày (khoảng 24h50’) có lần triều lên lần triều xuống Ví dụ: điểm A bề mặt Địa Cầu, ngày hôm hướng phía Mặt Trăng, ngày mai hướng phía Mặt Trăng với ngày hôm mà chậm 50 phút 4.2 Bán nhật triều - Bán nhật triều chu kỳ triều có hai lần triều lên hai lần triều xuống, vùng chịu ảnh hưởng loại triều thường nằm vĩ tuyến gần xích đạo Đôi khi, người ta phân biệt chế độ bán nhật triều bán nhật triều không Hình 2: Thủy triều lên cao - Khi Mặt Trời, Trái Đất Mặt Trăng thẳng hàng mà Mặt Trăng (ngày trăng non) Mặt Trăng Mặt Trời hút nước hướng; thủy triều lên cao 21 - Khi ba thiên thể thẳng hàng Trái Đất (ngày trăng tròn) Mặt Trăng Mặt Trời hút nước phía (không hướng ) song nước thủy triều lên cao 22 Hình 3: Thủy triều thấp - Những lúc Mặt Trời, Trái Đất Mặt Trăng vị trí vuông góc với (thượng huyền hạ huyền) hai sức hút Mặt Trăng Mặt Trời phân tán theo hai hướng vuông góc với nhau, nước triều lên xuống nhất, hai lần thủy triều nhỏ (nước kém) - Trong thực tế thủy triều diễn phức tạp không hoàn toàn với thời gian nói trên, địa phương có địa hình bờ biển khác nhau, đáy biển nông sâu khác nhau, thể tích nước biển khác có sóng dao động khác Ứng dụng thủy triều 5.1 Sử dụng cọc ngầm để đánh giặc ngoại xâm - Chiến thắng Bạch Đằng: Trong lịch sử dân tộc có dòng sông Bạch Đằng Nơi diễn ba lần đại thắng quân phong kiến phương Bắc - Nghiên cứu kĩ lưỡng quy luật thủy triều sông để vạch trận cọc để mai phục quân Các gỗ lim, táu đẽo nhọn bịt thép sau cắm xuống lòng sông cửa dẫn biển làm thành bãi chông ngầm lớn, kín đáo mặt nước 23 - Sau dụ địch đến bãi cọc giăng bẫy thủy triều cao, bãi cọc chưa bị phát - Phải nắm vững quy luật thủy triều theo tính toán thời điểm để thuyền quân địch đến bãi cọc thủy triều rút, có thuyền địch bị mắc cạn bị cọc đâm 5.2 Năng lượng thủy triều - Từ khoảng kỉ 12 người ta sử dụng thủy triều loại lượng, chuyển động lên xuống thủy triều dùng để quay cối nghiền ngũ cốc Sau dần bị thay loại lượng khác rẻ hơn, có sẵn ( cách mạng công nghiệp bùng nổ) Từ kỉ 19, nguồn lượng quan tâm trở lại Hiện lượng thủy triều thiết kế đa dạng - Thủy triều: + Thế năng: khai thác sử dụng từ chênh lệch mực nước triều lên triều xuống Ví dụ: Đập thủy triều… + Động năng: chuyển động dòng chảy thủy triều làm quay tuabin Ví dụ: hàng rào thủy triều, tuabin thủy triều, Từ thu điện từ lượng thủy triều 5.2.1 Đập thủy triều - Địa điểm xây dựng: Vịnh lớn cửa vịnh nhỏ - Kết cấu đập: đập chứa nước, tuabin, đê, kè, cổng, hệ thống khóa - Nguyên lý làm việc: thủy triều lên nước qua cổng vào đập, đến đủ nước cổng đóng lại, lượng nước chứa đập giữ lại→khi thủy triều xuống nước→ đập xả nước→ tuabin quay → sinh điện 24 Hình 4: Đập thủy triều - Ưu điểm: Tạo đường băng qua cửa sông, giảm xói mòn bãi biển bờ biển Chi phí vận hành thấp, nguyên lý hoạt động đơn giản - Nhược điểm: Chi phí xây dựng cao 5.2.2 Hàng rào thủy triều Hình 5: Hàng rào thủy triều - Gồm: Tường thành bê tông vững chặn ngang eo biển cửa sông, có khoảng lớn để gắn tuabin (sử dụng tuabin trục đứng) - Địa điểm xây dựng: eo biển đất liền biển đảo nhỏ 25 - Nguyên lý làm việc: dòng triều chuyển động lên - xuống → quay tuabin →điện - Ưu điểm: tạo đường băng qua sông gây ô nhiễm so với đập thủy triều - Nhược điểm: Ảnh hưởng đến di chuyển sinh vật biển lớn 5.2.3 Tuabin thủy triều - Công nghệ nay, ưa chuộng đập hàng rào thủy triều - Cấu tạo gồm có: cánh quạt, hộp số, máy phát điện phận gắn với cấu trúc hỗ trợ Có loại chính: cấu trúc Gavity, Piled, Floating - Đặc điểm: giống với tuabin gió đặt nước, tuabin bố trí thành hàng, tương tự trang trại tuabin gió Do nước biển nặng không khí→ tua bia thủy triều tạo lượng nhiều tuabin khí kích thước - Tốc độ dòng chảy thủy triều để phát điện: 2-3 m/s - Vị trí đặt: cửa sông, cửa vịnh, có độ sâu 20-30m; nơi có dòng chảy mạnh - Ưu điểm: ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, mỹ quan khu vực Có thể sử dụng thủy triều lên- xuống - Nhược điểm: áp lực nước lớn→ thiết bị phải có thiết kế bền vững cao, khó khăn việc bảo trì Sinh vật biển rác thải bị vào, mắc kẹt tuabin Tuy nhiên tuabin cải tiến sau có công suất cao hơn, an toàn cho môi trường sinh vật biển như: tuabin venturi, tuabin tidel, tuabi diều 26 - Một số loại tuabin thủy triều: Hình 6: Một số loại tua bin thủy triều 5.2.4 Tình hình khai thác lượng thủy triều Việt Nam - Thủy triều tượng diễn tự nhiên có tiềm kinh tế vô lớn , đặc biệt Việt Nam - Việt Nam có tiềm lớn để phát triển lượng từ thủy triều - Tuy nhiên, tiếc đầu tư khai thác nguồn lượng chậm so với giới thực - Hiện tại, phát triển lượng biển nước ta giai đoạn sơ khai - Việt Nam chậm việc xem xét có nên gia nhập Nhóm Quốc tế Năng lượng Đại dương (OES) 27 - Việt Nam cần sớm tham gia tổ chức quốc tế để triển khai hiệu triệt để chiến lược lượng xanh, góp phần phát triển kinh tế xã hội bền vững Tác hại thủy triều Bên cạnh lợi ích to lớn mà thủy triều mang lại mặt kinh tế có không tác hại làm ảnh hưởng đến sống người dân như: - Làm vỡ đê điều gây ngập úng, triều cường lên gây nhiễm mặn vũng trũng ven biển, sạt lở bên bờ … Điển hình vùng trũng ven biển Đồng Bằng Sông Cửu Long nằm lưu vực sông MêKông, với tổng diện tích tự nhiên vào khoảng 3.9 triệu hecta Bị ảnh hưởng thủy triều xâm nhập mặn theo mà hàng năm với diện tích nhiễm mặn lên tới 1.7 triệu hecta 28 Hình 7: Cánh đồng bị nhiễm mạn triều cường lớn, bị bỏ hoang - Triều cường lên cao gây ngập úng: Liên tục năm từ 2005 đến nay, triều cường lớn vòng 47 năm đến 50 năm trở lại thường xuất vào kì nước lớn tháng 10, 11 12 gây ngập lụt đáng kể vùng ven biển, gây thiệt hại không nhỏ cho sản xuất nông nghiệp ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt người dân đô thị Cần Thơ, Tân An Tp Hồ Chí Minh Gần kể đến trận ngập lịch sử Thành Phố Hồ Chí Minh, dù báo chí cảnh báo mức triều cường đỉnh điểm vào chiếu tối 28/10 29 nhiều khu vực dọc sông Sài Gòn nhiều người dân cảm thấy ngỡ ngàng Với mức ngập đạt đỉnh điểm lên đến mét Hình 8: Triều cường gây ngập úng - Thủy triều lên kết hợp với bão lớn gây vỡ đê đe dọa đến tình mạng người dân ảnh hưởng không nhỏ đến sống, sinh hoạt người: Có thể kể đến trận ngập lịch sử lớn giới kỉ qua Mumbai năm 2009 với mức ngập lên đến gần mét 30 Mumbai nằm phía tây Ấn Độ, thường xuyên bị ngập lụt mùa mưa liên tục xảy mưa rào lớn lại kết hợp với triều cường lên dẫn đến tình trạng nước không kịp thoát Hình 9: Trận triều cường lịch sử Mumbai (Ấn Độ) 31 Danh mục tài liệu tham khảo 1) Động lực học biển – Phần 3: Thủy Triều – Phạm Văn Huấn – NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội – 2002 2) http://vtc.vn/trieu-cuong-dat-dinh-nguoi-sai-gon-khon-don-vi-nuoc-dangquanhanh.2.578107.htm 3) http://www.tin247.com/mumbai_bao_dong_vi_thuy_trieu_dang_5m-221458021.html 4) https://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%A7y_tri%E1%BB%81u 5) https://vi.wikipedia.org/wiki/M%E1%BA%B7t_Tr%C4%83ng 6) http://thienvanhanoi.org/forum/showthread.php?1023-Tong-quan-ve-MatTrang-cua-chung-ta-danh-cho-nguoi-moi-bat-dau7) http://kinhtebien.vn/index.php? option=com_content&view=article&id=128:ong-cha-ta-s-dng-quy-lut-thytriu-anh-gic&catid=78:hi-t-vn-hoa-bin&Itemid=70 8) http://www.slideshare.net/NinhHuong/nng-lng-thy-triu 9) http://khoahoc.tv/congnghemoi/cong-nghe-moi/31933_Nang-luong-xanh-tuthuy-trieu.aspx 32 [...]... mực nước giữa triều lên và triều xuống Ví dụ: Đập thủy triều + Động năng: chuyển động của dòng chảy thủy triều làm quay tuabin Ví dụ: hàng rào thủy triều, tuabin thủy triều, Từ đó sẽ thu được điện năng từ năng lượng thủy triều 5.2.1 Đập thủy triều - Địa điểm xây dựng: Vịnh lớn và cửa vịnh nhỏ - Kết cấu đập: đập chứa nước, tuabin, đ , k , cổng, hệ thống khóa - Nguyên lý làm việc: khi thủy triều lên nước... hơn, an toàn cho môi trường và sinh vật biển như: tuabin venturi, tuabin tidel, tuabi diều 26 - Một số loại tuabin thủy triều: Hình 6: Một số loại tua bin thủy triều 5.2.4 Tình hình khai thác năng lượng thủy triều ở Việt Nam - Thủy triều là hiện tượng diễn ra trong tự nhiên và có tiềm năng kinh tế vô cùng lớn , đặc biệt là ở Việt Nam - Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển năng lượng từ thủy triều. .. Năng lượng thủy triều - Từ khoảng thế kỉ 12 người ta đã sử dụng thủy triều như một loại năng lượng, chuyển động lên xuống của thủy triều dùng để quay cối nghiền ngũ cốc Sau đó dần bị thay thế bằng các loại năng lượng khác rẻ hơn, có sẵn ( do cuộc cách mạng công nghiệp bùng nổ) Từ thế kỉ 1 9, nguồn năng lượng này được quan tâm trở lại Hiện nay năng lượng thủy triều được thiết kế đa dạng - Thủy triều: +... Khái niệm - Thủy triều là hiện tượng mực nước ở ven biển, cửa sông tại một nơi lên, xuống theo chu kỳ đúng bằng khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp Mặt Trăng qua kinh tuyến trên tại nơi đó 16 2 Đặc điểm - Những biến đổi thủy triều trải qua các giai đoạn sau: + Mực nước biển dâng lên trong vài gi , ngập vùng gian triều, gọi là ngập triều + Nước dâng lên đến điểm cao nhất của n , gọi là triều cao +... giờ làm lộ ra vùng gian triều, gọi là triều rút + Nước hạ thấp đến điểm thấp nhất của n , gọi là triều thấp - Thủy triều tạo ra các dòng chảy có tính dao động gọi là dòng chảy triều Thời điểm mà dòng triều dừng chuyển động được gọi là nước chùng hoặc nước đứng Thủy triều sau đó đổi hướng thì ta có sự biến đổi ngược lại Nước đứng thường xuất hiện gần lúc mực nước triều cao hoặc triều thấp Nhưng có những... vào đập, đến khi đủ nước cổng sẽ lập tức đóng lại, lượng nước chứa trong đập sẽ được giữ lại→khi thủy triều xuống nước→ đập xả nước→ tuabin quay → sinh ra điện 24 Hình 4: Đập thủy triều - Ưu điểm: Tạo con đường băng qua cửa sông, giảm xói mòn bãi biển và bờ biển Chi phí vận hành thấp, nguyên lý hoạt động đơn giản - Nhược điểm: Chi phí xây dựng cao 5.2.2 Hàng rào thủy triều Hình 5: Hàng rào thủy triều. .. có hai lần triều lên và hai lần triều xuống, những vùng chịu ảnh hưởng của loại triều này thường nằm ở vĩ tuyến gần xích đạo Đôi khi, người ta còn phân biệt chế độ bán nhật triều đều và bán nhật triều không đều Hình 2: Thủy triều lên cao nhất - Khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng thẳng hàng mà Mặt Trăng ở giữa (ngày trăng non) thì Mặt Trăng và Mặt Trời đều hút nước về một hướng; khi đó thủy triều lên... Công nghệ mới nhất hiện nay, được ưa chuộng hơn cả đập và hàng rào thủy triều - Cấu tạo gồm có: cánh quạt, hộp s , máy phát điện 3 bộ phận này gắn với cấu trúc hỗ trợ Có 3 loại chính: cấu trúc Gavity, Piled, Floating - Đặc điểm: khá giống với tuabin gió nhưng đặt dưới nước, tuabin bố trí thành hàng, tương tự như trang trại tuabin gió Do nước biển nặng hơn không khí→ một tua bia thủy triều có thể tạo... (không cùng hướng ) song nước thủy triều cũng lên cao 22 Hình 3: Thủy triều thấp nhất - Những lúc Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng ở vị trí vuông góc với nhau (thượng huyền và hạ huyền) thì hai sức hút của Mặt Trăng và Mặt Trời phân tán theo hai hướng vuông góc với nhau, do đó nước triều lên và xuống ít nhất, đó là hai lần thủy triều nhỏ (nước kém) - Trong thực tế thủy triều diễn ra rất phức tạp và... Các cây gỗ lim, táu được đẽo nhọn và bịt thép sau đó cắm xuống lòng sông ở các cửa dẫn ra biển làm thành những bãi chông ngầm lớn, kín đáo dưới mặt nước 23 - Sau đó dụ địch đến đúng bãi cọc đã giăng bẫy khi thủy triều còn cao, bãi cọc chưa bị phát hiện - Phải nắm rất vững quy luật thủy triều theo từng giờ và tính toán thời điểm để khi thuyền quân địch đến bãi cọc rồi thủy triều mới rút, có như vậy thuyền