涨潮和落潮的主要原因是(海水为什么涨潮和退潮)
谷梁皓轩 • 2022-05-16 19:10:06 • 5157次
我们都知道,地球上的海洋每天都会有规律的涨潮和退潮,当涨潮时,大量的海水会不断地涌来,而退潮时,海水又会渐渐地退去。那么海洋为什么会有潮起潮落?涨潮时的海水哪来的?退潮时的海水跑到哪去了呢?下面我们就来讲一下。
从本质上来讲,海洋的潮起潮落其实就是海水的运动状态发生了改变,根据牛顿第一定律,物体总是会保持匀速直线运动或者静止状态,直到有外力迫使它改变运动状态为止,那么是什么外力改变了海水的运动状态呢?答案就是其他天体的引力。
在太阳系中,地球主要受到太阳和月球这两个天体的引力影响,尽管太阳的质量非常大(与月球相比),但因为太阳与地球的平均距离高达1.5亿公里,而月球与地球的平均距离却只有大约38万公里,而引力的大小与质量成正比,与距离的平方成反比,所以月球引力对地球的影响就比太阳更大,而这也就意味着,地球海洋的潮起潮落主要是月球的引力造成的。
地球表面与月球距离最近的点,受到的月球引力最大,我们可以将其称为“近月点”,然而这个点在地球表面的位置并不是固定的,由于地球大约每24个小时完成一次自转,而月球大约每27.32天围绕地球公转一次,因此“近月点”在地球表面的位置就会出现有规律的变化。
另一方面来讲,因为海水可以认为是液态物质,很容易受到月球引力的影响,所以海水就会向“近月点”附近区域汇聚,从而形成涨潮现象,而由于地球的海洋都是连在一起的,因此当海洋中的某一区域出现涨潮,其他海域中的海水就会出现减少,从而形成退潮。
所以我们可以做一个简单的总结:地球海洋的潮起潮落,其实就是在地球的自转以及月球的公转过程中,海水在月球引力作用下进行有规律地流动,所以涨潮时的海水其实是来自于退潮的海域,反过来讲,退潮时的海水其实是跑到涨潮的海域去了。
那问题就这样简单地解释了吗?其实不然。通常情况下,地球上的海洋每天都有两次潮起潮落,而之所以会这样,则是因为地球“面对”着月球的一面和“背对”着月球的一面都会出现涨潮,大概就是这图这个样子。
所以问题就来了,如果说海洋的潮起潮落是月球引力造成的,那地球“背对”着月球的一面为什么会涨潮呢?这一面所受到的月球引力不是更小吗?其实这是可以解释的。
我们通常会将地月系统想象成“月球在围绕着地球公转,而地球却一动也不动”,就像下图这样。
但事实却并非如此,要知道引力的作用是相互的,在月球的影响下,地球其实也会运动,实际上,地球和月球都在围绕着它们的共同质心运动,只不过由于地球的质量比月球大得多,这个共同质心就落在了地球内部(如下图所示)。
在这个过程中,地球上的物质就会受到“离心力”的影响,从而具备了远离地月共同质心的趋势(注:“离心力”是为了便于讨论非惯性系的相关问题而引入的虚拟力,其本质是物体惯性的表现,所以我们将这种力加上了引号)。
“离心力”(F)可用“F = mω^2r”来描述,其中m、ω、r分别代表物体的质量、角速度以及与物体与旋转中心的距离,可以看到,“离心力”的大小与r成正比例。
这就意味着,地球表面与月球距离最远的区域,其受到的“离心力”最大,所以海水也会向这个区域汇聚,因此地球“背对”着月球的一面出现涨潮现象也就不足为奇了。
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