天体重力加速度公式(天体的引力和惯性力)

在海边,我们都可以看到海水周期性的变化:到了一定时间,海水迅猛上涨,达到高潮。过一段时间海水又自行退去,留下一片沙滩,出现低潮。如此循环重复,永不停息。这就是潮汐现象。

天体重力加速度公式(天体的引力和惯性力)(1)

只要有液体(水)存在的星球都普遍存在潮汐现象,这与地球下雨刮风一样是一种自然现象。科学界对潮汐的成因一直处于探讨之中。根据观察、推理和计算,对潮汐现象的成因逐渐明朗。

潮汐现象主要指海水在月球和太阳的引潮力作用下所产生的周期性运动,习惯上,把垂直于海面方向水的涨落称为潮汐,而在水平方向的流动称为潮流。潮汐现象的特点是每昼夜24小时内有两次高潮,因此,又把"昼涨称潮,夜涨称汐"。即"潮"指白天海水上涨,"汐"指晚上海水上涨。

内陆长江或者湖泊的水,因为面积小,深度浅,水质量小,惯性小,潮汐现象不是很明显。

天体重力加速度公式(天体的引力和惯性力)(2)

潮汐原理

古希腊哲学家柏拉图认为,地球和人一样也要呼吸,潮汐就是地球的呼吸。他认为这是由于地下岩穴振动造成的,就像人的心脏跳动一样。在法国文学中称之为"大海的呼吸",真是太生动了!

在我国古代余道安的《海潮图序》中就已经有了记载。“潮之涨落,海非增减,盖月之所临,则之往从之”。哲学家王充在《论衡》中写道:“涛之起也,随月盛衰”,二者都指出了潮汐跟月亮有关系。我国古代神话认为,海水的定期涨落是因为有一条无比巨大的海洋动物定期出入海宫造成的。

17世纪80年代,英国科学家牛顿发现了万有引力定律,提出了“潮汐是月亮和太阳对海水共同作用产生的”假设。2012年物理力学界重新定义了重力。“在静力学范围内,以放置物体的支撑物或物体自身为非惯性参照物,重力是物体所受各万有引力与各惯性力的合力”。即重力是万有引力与惯性力的合力。新的重力定义能够较准确地解释潮汐的成因。

天体重力加速度公式(天体的引力和惯性力)(3)

在不考虑其他星球微弱引力的情况下,月球和太阳对海洋的引潮力作用是海水涨落的原因。在物理学看来,在非惯性系下,引潮力是月球的万有引力及其对应的惯性力,太阳的万有引力及其对应的惯性力四种力的合力。这里说的惯性力,实际上就是我们说的离心力。本人认为:还有地球本身对海水的万有引力和地球自转对海水产生的离心力。引潮力应该是这六个力的合力。

只用月球的引力解释不了涨潮时发生在地球离月球最近的海面和离月球最远的海面使球形的海平面变成纺锤形的现象。同样,只用太阳的引力也不能解释这种现象。

地球的体积较月球大,在离月球最近的海水,所受月球的万有引力就会大于所受对应的惯性力,其合力使海水的重力明显变小而涨潮。同理,离月球最远的海水,月球对海水的万有引力小于对应的惯性力,它们的合力也使海水的重力明显变小而涨潮。这样,本是球形的海平面就会呈现纺锤形状。研究太阳和地球自转对潮汐的作用,与研究月亮的方法相同。

天体重力加速度公式(天体的引力和惯性力)(4)

垂直潮

由于地球、月球与太阳的相对位置发生周期性变化,因此引潮力使潮汐现象也发生周期性地变化。一日之内,除南北两极和个别地区外,潮汐均有两次涨落,每个周期12小时25分,24小时内,每天潮汐涨落的时间都后推50分钟。

太阳的引潮力有时与月球形成合力,相得益彰,相互牵制。在新月或满月时,太阳和月球施加的引力作用效果相互叠加,产生高潮。在上弦或下弦时,月球的引力和太阳的引力相互对抗,产生低潮,这是月周期。在一年中的春分和秋分,地球、月球和太阳几乎在同一平面上,同样有高潮,这是年周期,这时引潮力比其他各月都大。此外,潮汐高低还与月球和太阳离地球的远近有关系。在近日点太阳引力大,潮汐强,远日点,引力小,潮汐弱。

天体重力加速度公式(天体的引力和惯性力)(5)

潮汐原理

月球的引潮力在地球上还会引起大气潮,只是我们很难察觉。引潮力还会使地球产生固体潮,可能对地球引力场有细微影响。地球内部的液态物质,也会产生潮汐,可能诱发地震。

力的作用是相互的。月球对地球有引潮力,地球对月球也有引潮力。地球的引潮力对月球的自转产生影响。

海洋潮汐与人类的生产、生活关系密切。海水垂直升降运动,藴含有巨大的能量,人类可以开发和利用这种能源,这就是潮汐能发电。潮汐能发电与水力发电的原理相似.即把潮水涨落产生的势能转化为机械能,再把机械能转变为电能。潮汐能不仅无污染,而且还可以不间断地发电。2003年世界上第一座商用水下潮汐能发电站在挪威并网发电。

天体重力加速度公式(天体的引力和惯性力)(6)

潮汐能发电原理图解

钱塘潮是世界三大潮(印度恒河潮,巴西亚马逊潮与中国钱塘潮)之一, 每年农历的八月十五,钱塘江潮最大,潮头可达数米。在中秋佳节前后,游客蜂拥而至,争睹钱塘江潮的奇观,盛况空前,因此,钱塘潮成为重要的旅游资源。

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