涨潮和落潮的主要原因是:地球自转和引力干扰丨科普

海水每天的涨潮退潮,原因有两点:

一个是地球本身的自转,一个是外部天体的引力干扰(太阳、月球引起的潮汐力

简单来说,潮汐力就是一个物体由于自身体积的存在,物体身上的各点到引力源的距离是有差距的,而这就导致了各点所受引力的大小不同,再加上引力方向的不一致,所以这个物体就会产生形变。

对于地球而言,覆盖在其表面的海水,受潮汐力影响的表现最为明显,之后再加上地球本身的自转,就产生了每日的涨潮退潮现象

涨潮和落潮的主要原因是:地球自转和

潮涨潮落是一种普遍的自然现象,然而人类数千年来却并不知道大海为什么会潮涨潮落,直到牛顿提出万有引力定律之后才被破解。

我们知道万有引力的大小与物体质量成正比,与物体间的距离成平方反比,然而由于引力最常用于大尺度距离上,比如研究地球绕太阳的运动,因为地球的直径不过一万两千多公里,太阳的直径也才140万公里,相比于地球到太阳的平均距离1.5亿公里而言,这些都可以不做考虑,因此在理论上,我们往往用质点来简化运动模型(甚至就连离地球38万公里的月球,我们也可以用质点来分析),所以潮汐力并不是一个重点概念(相对于中学物理而言)。

涨潮和落潮的主要原因是:地球自转和

然而大海的涨潮落潮却正是被这个不起眼的潮汐力所控制,因为地球还是占据着一定空间的,根据距离的平方反比,除了地球自身对海水的引力外,考虑到月球、太阳、其它行星等天体,地球表面各点所受的引力大小、方向都是不一样的,但最主要的还是月球和太阳,一来是因为月球离地球比较近,二来是太阳虽然离的远,但它的质量非常大(毕竟占比整个太阳系质量的99.86%)。

下面我们来简单的分析一下这个过程,因为潮汐力所产生的原理是一致的,因此我们就单独分析一下月球对地球的影响即可

主要考虑两个因素:

一个是月球对地球表面各点产生的引力大小、方向上的差异

二是要注意:严格来说,月球并不是绕地球公转,而是绕地月的公共质心公转,地球同样如此,因而地月系存在惯性力(离心力)。

知道这些后,请看下图

涨潮和落潮的主要原因是:地球自转和

图中非常直观的给出了海水在地球表面给点的受力情况,可以看到,在引力和离心力的作用下,靠近月球的一面与对应的背面,产生了一对反向的力,也就是说AB两侧的海水是一种相互远离的趋势;而CD两侧的海水则是相互靠近的趋势,如此受力反映出的情况就如下图所示:

涨潮和落潮的主要原因是:地球自转和

并且我们还可以看到,由于地球本身自转周期要比月球公转周期快很多(地球自转一周24小时,月球绕地球公转一周27天),因此地球大部分沿海地区会在一天内两次经历高潮,两次经历低潮。

涨潮和落潮的主要原因是:地球自转和

然而这只是单独考虑月球的情况,如果再加上太阳的影响,那么潮汐就会产生变化,简单来说,如果太阳、月球、地球连成一线,那么就会迎来大潮,反之如果地月连线与地日连线垂直,那么就会迎来小潮(如下图所示),但要注意一点,高潮一侧永远面向月球,因为月球引起的潮汐力始终超过太阳。

涨潮和落潮的主要原因是:地球自转和

潮汐携带着大量能量,潮汐发电就是一个很好的应用。

涨潮和落潮的主要原因是:地球自转和

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