地球发生潮汐的原因
摘要:本文简要的分析了地球发生潮汐的动力学原因,主要是通过牛顿的万有引力定律来解释海洋潮汐的现象。
引言:潮汐是宇宙间普遍存在的自然现象,全球科学界对潮汐的成因问题一直在研究探讨。
随着人们对潮汐现象的不断观察,对潮汐现象的真正原因逐渐有了认识。
我国古代余道安在他著的《海潮图序》就有记载。
到了17世纪80年代,英国科学家牛顿发现了万有引力定律之后,提出了“潮汐是由于月亮和太阳对海水的吸引力引起”的假设,科学地解释了产生潮汐的原因。
关键词:海洋潮汐引潮力
牛顿定律分析潮汐成因:
假设海水覆盖整个地球表面, 讨论月球、太阳的万有引力对海洋潮汐的作用. 首先讨论月球的影响, 把地球和月球一起看成质点组, 则地球和月球必绕两者共同的质心c 转动.
首先以c 为原点建立坐标轴指向恒星的o’- x’y’坐标系, 再以地心o 为坐标原点, 建立坐标轴指向恒星的参考系o- xy . o系与o’系坐标轴总保持平行, 地球和月球组成的o’系绕太阳运动, o’ 系绕o 系平动.
若仅关心为什么一天有两次潮, 那么我们仅讨论为什么面向和背向月球水面有两个突起,
可引入如下理想模型: 认为地表水相对o 系静止, 即水随o 系绕o’平动. 这时, 水表面各体元均以oo’为半径作圆周运动, 但各有自己的圆心, 又因为是平动, 诸体元的速度和加
速度都是相同的. 因此各单位质量水与地心处单位质量物质所受向心力相同, 由于地表各
处与月球连线的长短、方位不同, 因此各体元物质在各处所受月球的引力不同. 引力有两种效果, 一个作用是使各单位质量水获得各自以oo’为半径作圆周运动的加速度, 此力也等
于月球作用于地心处单位质量物质的力, 另一作用是产生潮汐.故月球引潮力定义为地表面单位质量体元所受月球引力减去地心处单位质量物质引力. 分别用 F , f 和f 表示引潮力、向心力和引力, 有 F = f - f , 其中 f 显然等于GM/D2 , G, M 和D 分别表示万有引力常量、月球质量和地心月心距离可见朝向月球和背向月球水面将有两个突起. 表明合力即月球以及向心力和引潮力之间的关系.
按照万有引力定律,已知量为:M为月球质量,E为地球质量,L为质点到月球的距离,D 为地球和月球之间的距离.
我们计算一下离月球最远的点B和离月球最近A的点引潮力的大小。
可以看出A,B两处的引潮力的大小相等,都背离地心,海水在引潮力的作用下涨起。
参考文献
[1]韩海生《论海洋潮汐的动力学成因》 2007年5月。