Marea
Las mareas son el ascenso y descenso regular de los niveles del océano causados principalmente por la atracción gravitacional de la Luna sobre la Tierra, con dos mareas altas y dos bajas la mayoría de los días.
Definition
Las mareas son el ascenso y descenso regular de los niveles del océano a lo largo de la costa, causados principalmente por la gravedad de la Luna tirando del agua de la Tierra y, en menor grado, por la del Sol; la mayoría de las costas ven dos mareas altas y dos mareas bajas aproximadamente cada día. La Luna tira más fuerte del lado cercano de la Tierra que del lado lejano, estirando los océanos en dos bultos, uno frente a la Luna y otro opuesto a ella, y mientras la Tierra rota a través de ambos cada $24$ horas y $50$ minutos, porque la Luna se ha movido a lo largo de su órbita mientras tanto, la mayoría de los lugares pasan por dos altas y dos bajas en ese horario. La fuerza de marea subyacente es el gradiente de atracción gravitacional a través del ancho de la Tierra, escalando como $2GMR/d^3$ para un cuerpo de masa $M$ a distancia $d$ actuando a través del radio $R$, y esa dependencia de $1/d^3$ es por qué el efecto de marea de la Luna resulta ser unas $2.2$ veces el del Sol a pesar de la masa mucho mayor del Sol. La marea de equilibrio resultante sería menor de un metro, pero las costas reales la amplifican o amortiguan mediante la forma de la cuenca, la resonancia, y la rotación impulsada por Coriolis alrededor de puntos anfidrómicos, mientras que la fricción de marea alarga lentamente el día de la Tierra y empuja a la Luna hacia afuera.
Example
En una playa de Carolina del Norte el agua puede llegar muy lejos en la arena por la mañana y retroceder para dejar expuestas pozas de marea por la tarde, con unas $6$ horas separando la marea alta de la baja. Debido a que la Luna avanza a lo largo de su órbita, las mareas altas de cada día llegan unos $50$ minutos más tarde que el día anterior, y la atracción de marea del Sol, a pesar de su enorme masa, resulta ser un poco menos de la mitad de la de la Luna porque el Sol está mucho más lejos. La Bahía de Fundy en Canadá ve rangos de marea de hasta unos $16\ \text{m}$ porque su longitud coincide con el período de resonancia natural de la fuerza de marea, mientras que la costa de Carolina del Norte típicamente varía solo entre $1$ y $2\ \text{m}$, y partes del Golfo de México reciben solo una marea al día.
Key Insight
Hay dos mareas altas al día en lugar de una porque la Luna tira del océano del lado cercano hacia un bulto mientras tira de la propia Tierra alejándola del agua del lado lejano, elevando un segundo bulto allí. La gravedad de la Luna en la Tierra en realidad es más débil que la del Sol, y sin embargo la Luna domina las mareas, porque las mareas provienen de la diferencia de atracción a través del ancho de la Tierra, y esa diferencia cae con la distancia mucho más rápido de lo que lo hace la atracción misma. Las fuerzas de marea también actúan sobre el suelo sólido: la corteza de la Tierra sube y baja unos $30\ \text{cm}$ dos veces al día, la luna Ío de Júpiter es amasada por las mareas de Júpiter hasta convertirse en el cuerpo más volcánico del sistema solar, y cerca de un agujero negro las fuerzas de marea estirarían a un objeto que cae a lo largo, un proceso apodado espaguetización.