Thủy triều là gì?

Thủy triều là hiện tượng nước biển, nước sông... lên xuống trong một chu kỳ thời gian phụ thuộc biến chuyển thiên văn. Trong âm Hán-Việt, thủy có nghĩa là nước, còn triều là cường độ nước dâng lên và rút xuống. Sự thay đổi lực hấp dẫn từ Mặt Trăng (phần chủ yếu) và từ các thiên thể khác như Mặt Trời (phần nhỏ) tại một điểm bất kỳ trên bề mặt Trái Đất trong khi Trái Đất quay đã tạo nên hiện tượng nước lên (triều lên) và nước rút (triều xuống) vào những khoảng thời gian nhất định trong một ngày.


Triều lên (nước lớn) và triều xuống (nước ròng) tại vịnh Fundy.

Đặc điểm
Những biến đổi thủy triều trải qua các giai đoạn sau:
- Mực nước biển dâng lên trong vài giờ, ngập vùng gian triều, gọi là ngập triều.
- Nước dâng lên đến điểm cao nhất của nó, gọi là triều cao.
- Mực nước biển hạ thấp trong vài giờ làm lộ ra vùng gian triều, gọi là triều rút.
- Nước hạ thấp đến điểm thấp nhất của nó, 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 nơi là thời gian nước đứng là khác nhau đáng kể giữa triều cao và triều thấp.

Thủy triều phổ biến nhất là bán nhật triều hoặc nhật triều. Hai lần nước cao trong ngày (bán nhật triều) có đỉnh không bằng nhau; chúng bao gồm mực nước lớn cao và mực nước lớn thấp trên đồ thị triều. Tương tự đối với 2 lần nước ròng gồm nước ròng cao và nước ròng thấp.


Tuần trăng và thủy triều: New mo mới, full mo rằm, first quarter mo thượng tuần, third quarter mo hạ tuần. Spring tide=nước phát, neap tide=nước sính

Nguyên nhân
Nguyên nhân của thủy triều là do thủy quyển có hình cầu dẹt nhưng bị kéo cao lên ở hai miền đối diện nhau tạo thành hình ellipsoid. Một đỉnh của ellipsoid nằm trực diện với Mặt Trăng - là miền nước lớn thứ nhất, do lực hấp dẫn của Mặt Trăng gây ra. Còn miền nước lớn thứ hai nằm đối diện với miền nước lớn thứ nhất qua tâm Trái Đất, do lực li tâm tạo ra. Giữa hai nước lớn liên tiếp là nước ròng. Một khi vận tốc góc (tốc độ quay) của Quả Đất không đổi thì lực li tâm lớn nhất nằm ở nơi có bán kính quay lớn nhất khí đó là miền xích đạo của Trái Đất. Tuy nhiên bán kính quay chưa hẳn là bán kính Quả đất tại Xích đạo, là vì: Quả đất không hoàn toàn quay quanh trục của nó, cũng như là Mặt Trăng không hoàn toàn quay quanh Trái Đất, mà là: Hệ Quả Đất-Mặt Trăng quay xung quanh điểm trọng tâm của hệ này. Do khối lượng của Trái Đất lớn hơn của Mặt Trăng rất nhiều nên trọng tâm của hệ Trái Đất-Mặt Trăng nằm trong lòng Trái Đất, trên đường nối tâm của chúng. Tóm lại: Trái Đất vừa quay, vừa lắc.
Thủy triều đạt cực đại khi mà cả Mặt Trăng và Mặt Trời cùng nằm về một phía so với Trái Đất, và mức triều phía đối diện lúc đó sẽ xuống điểm cực tiểu.
Khái niệm thủy triều được mở rộng trong vật lý học dành cho chênh lệch lực tác động lên các vật thể nằm trong trường hấp dẫn không đều.

Giải thích
Luật hấp dẫn vũ trụ: Mọi vật đều hấp dẫn lẫn nhau. Chẳng hạn như chuyện trái...mít rơi. Trái mít bị Trái Đất hút về nó, nhưng trái mít cũng hút Trái Đất về phía nó, nhưng vì khối lượng trái mít quá nhỏ so với khối lượng Trái Đất nên Trái Đất hầu như không dịch chuyển mà ta chỉ thấy trái mít rơi.

Ta có công thức:

Với:
F: Lực hấp dẫn (N)
K: Hằng số hấp dẫn = 6,67×10⁻¹¹
d: Khoảng cách (mét)
Khối lượng Trái Đất 5,97×10²⁴ kg, của Mặt Trăng: 0,073 × 10²⁴ kg
Mặt Trời: khối lượng bằng 330 000 lần Trái Đất

Khoảng cách Đất-Trời: d₂ = 149,6 triệu km, từ Đất - Trăng: d₁ = 0,384 triệu km

Fđất-trăng = K × m_đất × m_trăng/d₁² (1)

F đất-trời = K × m_đất × m_trời/d₂² (2)

Fđất-trăng /F đất-trời = 2,5

Tuy mặt, Khối lượng Mặt Trời lớn hơn Trái Đất 333.000 lần nhưng vì khoảng cách giữa Trái Đất - Mặt Trăng nhỏ hơn giữa Trái Đất - Mặt Trời nên lực hấp dẫn tác động bởi Mặt Trăng lớn hơn lực hấp dẫn của mặt Trời gấp 2,5 lần.

Phân loại
Một số nơi trên thế giới, cư dân vùng ven biển nhận biết có hai loại thủy triều: nhật triều và bán nhật triều. Nhật triều là trong một chu kỳ triều hay một ngày (khoảng 24 giờ 50 phút) có một lần triều lên và một lần triều xuống. Bán nhật triều là trong một chu kỳ triều có 2 lần triều lên và 2 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.

Nhật triều
Nhật triều là một ngày có một lần nước lên và một lần nước xuống (với chu kỳ là 24h52'), ví dụ ngày 12/03/2010 tại địa điểm A thủy triều lên lúc 5h chiều thì ngày 13/03/2010 tại địa điểm A thủy triều sẽ lên lúc 5h52'.(Do Trái Đất quay quanh trục và Mặt Trăng lại quay quanh Trái Đất nên để đạt được vị trí lúc ban đầu phải cần mất 52 phút nữa=>nên thời gian chênh lệch của thủy triều của ngày hôm trước và ngày hôm sau là 52 phút)

Bán nhật triều
Cặp Trái Đất-Mặt Trăng quay và chịu một lực ly tâm. Khoảng cách Trái Đất-Mặt Trăng lớn nhất ở phía đối bên kia nơi không có Mặt Trăng, sẽ bằng 61 r thay vì 59 r (r là bán kính Trái Đất)

Theo công thức tính lực hấp dẫn, lực yếu khi khoảng cách tăng. Nghĩa là phía gần Mặt Trăng (zénith), lực hấp dẫn sẽ lớn hơn phía đối xứng bên kia (Nadir). Do đó nơi gần Mặt Trăng, lực hấp dẫn sẽ lớn hơn lực ly tâm.

Trong trung tâm quả đất hai lực triệt tiêu lẫn nhau (ly tâm = - hấp dẫn). Bên kia quả đất, vì lực hấp dẫn yếu hơn nên lực ly tâm thắng thế. Do đó mà cùng một thời điểm, ta có hai lực FM hướng từ tâm ra ngoài, gây sự biến dạng mặt nước, do đó có 2 lần thủy triều lên trong một ngày.

Lực FM sinh ra thủy triều
Mặt trời cũng có ảnh hưởng trên lực sinh ra thủy triều, tuy rằng lực hấp dẫn của mặt trời nhỏ hơn của Mặt Trăng, nhưng khi cả ba thiên thể thẳng hàng (Trái Đất không nằm giữa) thì lực tạo thủy triều sẽ lớn hay còn gọi là triều cường vì là tổng của hai lực hấp dẫn Mặt Trời và Mặt Trăng thay vì chỉ có một lực hấp dẫn của Trăng như thông thường. Nhưng nếu mặt trời thẳng hàng với Mặt Trăng ngay trên vùng xích đạo, thì thủy triều lớn tối đa.

Con người dựa vào thủy triều
Người xưa, sống bao đời gần sông và biển. chủ yếu là họ tính theo con nước, theo chu kì của nó (nước triều lên và nước triều xuống) và vì thế chính là nhờ vào hiện tượng thủy triều, nên con người sống ở thời đó đã biết cách bắt hải sản như tôm, cua, cá...

Thủy triều còn đóng góp một phần lớn là làm nên các chiến thắng trên sông Bạch Đằng vào năm 938 của Ngô Quyền trước quân Nam Hán và năm 1288 của nhà Trần trước quân Nguyên-Mông. Cho đến ngày nay thì con người đã biết sử dụng thủy triều để phục vụ cho công nghiệp (như sản xuất điện), ngư nghiệp, như trong đánh bắt hải sản, và khoa học, như nghiên cứu thủy văn.

Thủy triều và danh từ trong tiếng Việt
Vào chu kỳ khi nước triều dâng lên hoặc xuống, ngày mực nước lên cao nhất là nước phát tức là nước lớn tuần trăng mới. Ngày mực nước không dâng mấy (khoảng 15 ngày sau nước phát) là nước sính, tức là nước lớn tuần trăng rằm.