68. 潮汐的成因
侯工
潮汐是指地球上的海水、大气和地壳等发生周期涨落变化的现象,主要表现在海水的涨落上——白天为潮,夜晚为汐。每月的农历初一至初五(或农历十六至二十)为大潮汐;农历初六至十二(或农历二十一至农历二十五)为小潮汐;而初九或二十四为最小潮汐。每天的潮汐时间均后延48分钟左右,如此周而复始。
一般人以为引起潮汐的原因主要是月球对海水的引力,其实这是错误的。
大话怕计数。下面通过计算来说明:
海水所受的力有:(1)结构力;(2)太阳引力;(3)月球引力;(4)膨胀力;(5)重力;(6)离心力。
假设海水质量为m海,
一,太阳质量m日= 1.98×10^30kg,太阳到地球平均距离r1=1.496×10^11m.
根据万有引力公式,则有太阳对海水的引力
F日=Gm日m海/r1^2(G=6.67×10^-11 N·m^2/kg^2)
=m海×6.67×10^-11×1.98×10^30/(1.496×10^11)^2
=5.901×10^-3m海
二,月球质量m月=7.348×10^22kg,
地月距离r2=3.844×10^8米
则有月球对海水的引力
F月=Gm月m海/r2^2
=m海×6.67×10^-11×7.348×10^22/(3.844×10^8)^2
=3.3169×10^-5m海
三,离心力=m海(v^2)/r(v为赤道线速度=465.18m/s地球半径r=6.3781*10^6m)
=3.3927×10^-2m海
离心力使赤道附近的海水均匀加厚,从而增大潮汐的强度。
四,重力=m海g=9.8m海
由上可见:重力最大,使海水吸附在地球上,但由于它是均匀分布的,且与结构力互相抵消,因而不会产生周期起落。
太阳引力除以月球引力:
5.901×10^-3m海/3.3169×10^-5m海=178(倍)
太阳引力是月球引力的178倍,是产生潮汐的主因。
为什么人们以为月球是引起潮汐的主因?
因为月球可以运行到与太阳同一侧,这时两者的引力就会产生叠加效应,从而加强了潮汐的能量,所以在感觉上,人们就以为是月球在起主要作用。
为什么每天潮汐推迟48分钟?
——潮汐是太阳和月球引力的共同作用的结果。一年365天,1月365/12=30.42天。月球一月为27.32天。每月月球慢3.1天=4464分钟,每天慢4464/30.42=147分钟,但是由于太阳是主力,虽然两者共同作用,但是太阳的作用是主要的,所以每天只慢48分钟。
既然潮汐是太阳和月球引力的共同作用的结果,似乎地球只有向阳一面有潮,为什么地球背面有汐呢?
——这是因为海水的离心力在起作用。从上面数据可知,太阳引力加上月球引力之和也没有离心力大,但由于离心力均匀分布在赤道左右,使海水不会倒向引力大的一侧,而这时的膨胀力处在太阳月球的相反方,其大小等于太阳引力加上月球引力之和,这样,地球受力的两侧的力就大于不受力的两侧。受引力的一侧是白天,相对的受膨胀力的一侧是黑夜,从而白天的一侧成潮,黑夜的一侧成汐。可见,潮汐与受力情况相关。
为什么每月的农历初一至初五(或农历十六至二十)为大潮汐;农历初六至十二(或农历二十一至农历二十五)为小潮汐;而初九或二十四为最小潮汐?
——因为每月的农历初一至初五(或农历十六至二十)月球和太阳在地球的同一侧,两个引力相加,所以是大潮汐;农历初六至十二(或农历二十一至农历二十五)月球分别在垂直于日地连线的两侧,两者矢量合力成一定角度,量值较前为小,所以为小潮汐,而初九或二十四月球正好在太阳的对面,两个引力互相抵消,所以为最小潮汐。
为什么月球引力比离心力、太阳引力小,却能够兴风作浪呢?
——太阳引力、膨胀力和离心力是潮汐的基础。月球引力是在这个基础打破太阳引力、离心力和膨胀力的平衡状态,这好比是压死骆驼的最后一根稻草,因而不需很大力就可掀起大浪了,如果碰上特殊地形,甚至会形成滔天大潮,如钱塘江大潮、亚马逊大潮、恒河大潮等。
综上所述,潮汐是太阳引力、月球引力、膨胀力和离心力共同作用的结果,其中的膨胀力往往被忽视。如果没有膨胀力,那么只有潮而没有汐。
侯工
潮汐是指地球上的海水、大气和地壳等发生周期涨落变化的现象,主要表现在海水的涨落上——白天为潮,夜晚为汐。每月的农历初一至初五(或农历十六至二十)为大潮汐;农历初六至十二(或农历二十一至农历二十五)为小潮汐;而初九或二十四为最小潮汐。每天的潮汐时间均后延48分钟左右,如此周而复始。
一般人以为引起潮汐的原因主要是月球对海水的引力,其实这是错误的。
大话怕计数。下面通过计算来说明:
海水所受的力有:(1)结构力;(2)太阳引力;(3)月球引力;(4)膨胀力;(5)重力;(6)离心力。
假设海水质量为m海,
一,太阳质量m日= 1.98×10^30kg,太阳到地球平均距离r1=1.496×10^11m.
根据万有引力公式,则有太阳对海水的引力
F日=Gm日m海/r1^2(G=6.67×10^-11 N·m^2/kg^2)
=m海×6.67×10^-11×1.98×10^30/(1.496×10^11)^2
=5.901×10^-3m海
二,月球质量m月=7.348×10^22kg,
地月距离r2=3.844×10^8米
则有月球对海水的引力
F月=Gm月m海/r2^2
=m海×6.67×10^-11×7.348×10^22/(3.844×10^8)^2
=3.3169×10^-5m海
三,离心力=m海(v^2)/r(v为赤道线速度=465.18m/s地球半径r=6.3781*10^6m)
=3.3927×10^-2m海
离心力使赤道附近的海水均匀加厚,从而增大潮汐的强度。
四,重力=m海g=9.8m海
由上可见:重力最大,使海水吸附在地球上,但由于它是均匀分布的,且与结构力互相抵消,因而不会产生周期起落。
太阳引力除以月球引力:
5.901×10^-3m海/3.3169×10^-5m海=178(倍)
太阳引力是月球引力的178倍,是产生潮汐的主因。
为什么人们以为月球是引起潮汐的主因?
因为月球可以运行到与太阳同一侧,这时两者的引力就会产生叠加效应,从而加强了潮汐的能量,所以在感觉上,人们就以为是月球在起主要作用。
为什么每天潮汐推迟48分钟?
——潮汐是太阳和月球引力的共同作用的结果。一年365天,1月365/12=30.42天。月球一月为27.32天。每月月球慢3.1天=4464分钟,每天慢4464/30.42=147分钟,但是由于太阳是主力,虽然两者共同作用,但是太阳的作用是主要的,所以每天只慢48分钟。
既然潮汐是太阳和月球引力的共同作用的结果,似乎地球只有向阳一面有潮,为什么地球背面有汐呢?
——这是因为海水的离心力在起作用。从上面数据可知,太阳引力加上月球引力之和也没有离心力大,但由于离心力均匀分布在赤道左右,使海水不会倒向引力大的一侧,而这时的膨胀力处在太阳月球的相反方,其大小等于太阳引力加上月球引力之和,这样,地球受力的两侧的力就大于不受力的两侧。受引力的一侧是白天,相对的受膨胀力的一侧是黑夜,从而白天的一侧成潮,黑夜的一侧成汐。可见,潮汐与受力情况相关。
为什么每月的农历初一至初五(或农历十六至二十)为大潮汐;农历初六至十二(或农历二十一至农历二十五)为小潮汐;而初九或二十四为最小潮汐?
——因为每月的农历初一至初五(或农历十六至二十)月球和太阳在地球的同一侧,两个引力相加,所以是大潮汐;农历初六至十二(或农历二十一至农历二十五)月球分别在垂直于日地连线的两侧,两者矢量合力成一定角度,量值较前为小,所以为小潮汐,而初九或二十四月球正好在太阳的对面,两个引力互相抵消,所以为最小潮汐。
为什么月球引力比离心力、太阳引力小,却能够兴风作浪呢?
——太阳引力、膨胀力和离心力是潮汐的基础。月球引力是在这个基础打破太阳引力、离心力和膨胀力的平衡状态,这好比是压死骆驼的最后一根稻草,因而不需很大力就可掀起大浪了,如果碰上特殊地形,甚至会形成滔天大潮,如钱塘江大潮、亚马逊大潮、恒河大潮等。
综上所述,潮汐是太阳引力、月球引力、膨胀力和离心力共同作用的结果,其中的膨胀力往往被忽视。如果没有膨胀力,那么只有潮而没有汐。