Svar:
Entropi hör ihop med termodynamikens andra huvudsats som håller reda på i vilken riktning en process går "av sig själv". Tar man exempelvis två kroppar med olika temperatur och för dem samman så kommer värme att strömma från den varmare till den kallare kroppen. Bestämmer man entropin för systemet så finner man att entropin ökar under denna process. Endast sådana processer i vilken entropin ökar sker spontant.

Se länk 1 för en relativt lättillgänglig framställning av entropi-begreppet och Entropy för en avancerad framställning.
/GO/lpe 1997-03-20

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:
Det är mycket svåra frågor du ställer Anna! Jag skall försöka svara så gott det går. Först: Vad menar vi med istid? Det är när en stor del av t.ex. norra Europa, Asien och Nordamerika är täckt av inlandsis.

Figuren nedan från Wikimedia Commons
visar ändring i jordens temperatur (blå kurva), halten CO₂ (grön kurva) och mängd damm (röd kurva). Under de senaste 400000 åren har vi alltså haft 4 perioder när klimatet varit 10 grader kallare än vad temperaturen är nu. Dessa kalla perioder kallas istider och kontinenterna har alltså delvis varit täckta av ett istäcke på flera km:s tjocklek.

Man ser att temperaturen och halten CO₂ följer varandra mycket nära. Anledningen är att kallt vatten kan lösa mer CO₂ än varmt vatten. Alltså: Kallt klimat - mer koldioxid i haven och mindre i atmosfären. Vid varmt klimat är det tvärtom.

Observera orsak och verkan här. Det är inte den högre halten av CO₂ som är orsak till att det är varmare nu än under istiden. CO₂ är visserligen en s.k. växhusgas - se nedan - men en fördubbling av nuvarande halt skulle bara ändra jordens medeltemperatur med en grad och skillnaden i temperatur mellan istid och icke-istid är c:a 10 grader. Det är alltså temperaturändringen som orsakar förändringen i CO₂-halt, inte tvärt om!

Resonemanget i ett dokument från Columbia University (numera försvunnet) är alltså helt felaktigt:

Past relationships between atmospheric CO₂ and surface temperature

We can learn about earth climate sensitivity to past variations in atmospheric CO₂ by drilling into ice sheets. Ice sheets record past concentrations of atmospheric CO₂ by trapping bubbles of ancient air as the ice sheet forms. The figure below shows the relationship between CO₂ in the atmosphere and surface temperatures over Antarctica spanning the last 150,000 years.

As you can see, there is a very close relationship between surface temperatures and atmsopheric CO₂ levels. Note, however, the present mismatch between the current high levels of CO₂ (around 365 ppm) and the relatively unchanged surface temperatures. If past history is a guide to the future, the data in this plot suggest we are due for very significant global warming.

Figuren man refererar till är i princip nedanstående. Man har, som synes, problem att förklara nuvarande temperatur med en CO₂ halt av över 370 ppm. Förklaringen ges ovan: det är temperaturändringen som orsakar ändringen i CO₂ halt, inte tvärt om!

Nu till dina frågor.

1) Ganska säkert, men vi vet inte exakt när. De senaste 4 istiderna visas på figuren nedan. Man ser att de återkommer med stor regelbundenhet med en period på c:a 110-120 tusen år. Interglacialperioderna (varma perioder mellan istiderna) är emellertid ganska korta, så om c:a 10000 år blir det nog en ny istid om det inte händer något annat innan dess.

2) Man tror att istiderna beror på att jordens bana påverkas av jätteplaneterna Jupiter och Saturnus. Det är flera aspekter på jordens rörelse som påverkas, men viktigast är antagligen att excentriciteten (avlångheten) hos jordbanan ändras periodiskt (se Milankovitch cykler). Medelavståndet till solen ändras inte, men enligt Keplers andra lag (se Keplers lagar) kommer jorden att tillbringa längre tid på stort avstånd från solen eftersom banrörelsen är långsammare där. En excentrisk bana ger alltså lägre temperatur, en cirkulär högre temperatur. Påverkan av övriga variationer beskrivs i fråga [14214].

3,4) Jordens temperatur beror på balansen mellan instrålning (ljus från solen) och utstrålning (värmestrålning från jorden), se strålning, in-/ut-. Solens utstrålning är mycket stabil - åtminstone på tidsskalor på några 100 miljoner år. Instrålningen till jorden kan alltså endast ändras genom ändringar i jordens rörelse (se ovan) eller att jordens reflektionsförmåga (sk albedo) ändras. En del av det inkommande ljuset reflekteras direkt och försvinner ut i rymden. Ökning i albedo kan t.ex. åstadkommas av mer moln eller mer is/snö. Moln och is/snö är ju vitt, dvs har hög reflektionsförmåga. De orsakar därmed minskning i nettoinstrålningen och därmed en sänkning i temperaturen.

Om golfströmmen skulle upphöra, så får vi säkert åtminstone
en liten istid. Det kan vara så att det bara är slumpen som orsakar istider:
man kan tänka sig att även förekomsten av inlandsis över norra Europa kan vara ett stabilt system även utan en ändring i instrålningen.

Även om instrålningen är konstant kan man ändra balansen genom förhindra utstrålningen. Vissa gaser, t.ex. vattenånga och koldioxid absorberar värmestrålningen från jorden och hindrar den därmed att försvinna ut i rymden. Detta medför en uppvärmning av jorden, se växthuseffekten.

5) Ingen - inte ens Polman - vet.

6) Inte med nuvarande teknik. Om vi slutar förstöra ozonlagret, så kommer det med tiden att reparera sig själv.

Se vidare Ice_age.

/Peter E 1999-06-27

Svar:
Tid är ett grundbegrepp som inte går att definiera utgående från andra
grundläggande storheter. Detta var en av Einsteins utgångspunkter när han formulerade
relativitetsteorin. Han gjorde en så kallad operationell definition: Tid är det som
mäts med klockor. Med denna "definition" kan man ge begreppet tid ett fysikaliskt
innehåll. Det gäller bara att vi inom fysiken kommer överens om vad som menas med en klocka.

Läs: "Upptäck Fysik B" av L Jakobsson och G Ohlén (Gleerups förlag). På sidorna
292 och framåt diskuteras tidsbegreppet utifrån ovanstående utgångspunkt.

I länk 1 finns den moderna definitionen på enheten för tid - sekund.


/GO/lpe 1999-06-27

Svar:
Kanske inte ett experiment, men ett bra exempel.

Först ett par definitioner:

Längdkontraktion är den minskning i längd som enligt Albert Einsteins speciella relativititetsteori uppstår när ett föremål rör sig med stor hastighet i förhållande till den som mäter längden. Vid mer vardagsnära hastigheter är denna längdminskning helt försumbar. Det är först vid hastigheter som är minst 1/10 av ljusets hastighet som den får någon märkbar betydelse.

Tidsdilatation (tidsutvidgning) beroende på hastighet innebär att om två referenssystem r och r', har identiska klockor, kommer en observatör i r att anse att klockan i r' går långsammare om referenssystemen r och r' befinner sig i relativ rörelse. En observatör i r' anser likaså att klockan i r går långsammare än den lokala klockan.

Kosmiska strålningen består huvudsakligen av atomkärnor med mycket höga energier (mest väte). När de kolliderar med luften på cirka 20 km höjd, uppstår en uppsjö av olika partiklar. De flesta är kortlivade och sönderfaller snabbt. En av sönderfallsprodukterna kallas myon, och på grund av sina egenskaper, är den mycket lite benägen att kollidera med kärnorna i luften. Den försvinner för det mesta genom att den sönderfaller. Hur långt går den?

Myonens medellivslängd är 2.210^-6 s. Antag att den går nära ljushastigheten (300000 km/s). Då får vi en sträcka på

300000 2.210^-6 = 0.6 km = 660 m.

Ändå är det så, att de flesta partiklar vi kan registrera här nere är myoner. Genom en människa far det typiskt 30 - 40 högenergetiska myoner varje sekund. De överlever hit ner på grund av tidsdilatationen. De har så hög hastighet att tiden går mycket långsammare för dem, se översta formeln i bilden nedan. En myon med en Lorentz-faktor på 1000 kan i princip gå 660 km. Sådana myoner är inte alls ovanliga. För den myonen går tiden 1000 gånger långsammare (från oss sett).

Jaha, OK men sett från myonen då? Där går ju tiden med "normal" hastighet och myonen kan väl inte hinna ner till markytan innan den sönderfaller? Jo, det gör den därför att längdkontraktionen, se nedersta formeln nedan, gör att den sträcka myonen måste tillryggalägga är mycket kortare (sett ur myonens perspektiv).

Det är klart att resultatet att myonen hinner ner till marken innan den sönderfaller måste vara samma oberoende av om vi betraktar myonen från marken eller om vi följer med den ner genom luften.

Se vidare Muon, Time_dilation och Length_contraction.

/KS/lpe 2000-04-03

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:
Om förklaringen är enkel vet jag inte, men det finns en förklaring.

I den tidszon vi tillhör används centraleuropeisk tid, och den gäller som
medelsoltid för 15:e längdgraden öster om Greenwich. Då tycker man
kanske att där skulle solen stå i söder klockan 1200. Så är det faktiskt
inte, det kan skilja upp till en kvart åt ena eller andra hållet.
Det beror på två saker, dels är jordens bana runt solen inte cirkulär utan
elliptisk, dels är jordaxeln inte vinkelrät mot jordbaneplanet.
Skillnaden mellan sann soltid och medelsoltid kallas tidsekvationen, se länk 1 nedan. Dessa effekter påverkar också tiderna för solens upp- och nedgång.

Tidsekvationen ekv definieras alltså av

ekv = medelsoltid - sann soltid

dvs

sann soltid = medelsoltid - ekv

Tidsekvationen orsakas av att jorden rör sig lite snabbare när den är nära solen i januari (se fråga [18013]) än i juli.

Den bakomliggande orsaken är Keplers andra lag (se fråga [12644]) som innebär att en planet rör sig snabbare när den är nära solen än när den är längre ifrån. Med ett modernt synsätt beror detta på att den potentiella energin är lägre när avståndet är litet varför rörelseenergin blir större.

Nedan visas tidsekvationen för Karlskrona. Tidsekvationen ser liknade ut för andra orter, kurvan är bara förskjuten upp eller ner beroende på hur långt öster eller väster om Sveriges tidsmeridian orten ligger. Tidsekvationen är t.ex. ökande i december-januari. Det betyder att den sanna soltiden blir tidigare och tidigare under januari (solen rör sig lite åt öster). Soluppgången blir alltså pga tidsekvationens ändring senare liksom solnedgången.

Dagens längd ökar alltså mer på kvällen än på morgonen: ökningen beror på att solen rör sig lite norrut (upp mot himmelsekvatorn) medan dagens förskjutning åt kvällssidan orsakas av tidsekvationen.

Se även tidsekvation i Nationalencyklopedin. För solens upp- och nedgång se Tables i Sky View Café.

/KS/lpe 2000-02-12

Svar:
Entropin kan i många sammanhang beskrivas som "oordning". Termodynamikens andra huvudsats
blir då att oordnigen ökar med tiden (i ett slutet system).
Vi kan alltså på det viset urskilja tidens riktning. Ett bra sätt att illustrera
detta, är att köra en film baklänges. Jag påminner mig en sekvens där
Helan och Halvan kör med en bil rakt genom en lada så att träflisorna ryker.
Kör man den baklänges, ser man en bil backa mot hålet i ladan, försvinna
in genom det samtidigt som träflisorna lyfter sig och hamnar på plats.
Ladan är hel igen. Vi inser omedelbart med våra erfarenheter att filmen körs baklänges eftersom sannolikheten att allt hamnar på rätt plants för att regenerera ladan är praktiskt taget noll.
/KS 2001-03-28

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