在天體主要是月球和太陽引潮力作用下所產生的周期性運動叫什麼 引潮力是指月球和太陽對地球上海水的引力,以及地球繞地月公共質心旋轉時所產生的慣性離心力,這兩種力組成的合力,是引起潮汐的原動力.
引潮力的實質是什麼?它是怎樣產生的?要回答這一問題,首先需從天體引力談起。繞轉著的天體,都受到兩種力的作用,一種是繞轉天體間的引力,一種是由於繞轉而產生的離心力。兩種力同時作用,才使天體能夠維持其按一定規律繞轉的運動狀態。月和地球繞轉、地和日繞轉也是這樣。
引力和離心力,對於整個天體來說,二者是保持平衡的。但是,對於天體上的每一個質點(位於天體中心的質點除外)來說,二者則是不平衡的。繞轉天體之間的引力同繞轉運動所產生的慣性離心力的不平衡,是產生引潮力的根本原因。
太陽和月球對地球的引力,地球在繞轉中產生的離心力,以及由於這兩種力在地球表面所表現出的不平衡,其本質是相同的。由月球作用而產生的潮汐,稱太陰潮;由太陽作用而產生的潮汐,稱太陽潮。太陽潮和太陰潮並無本質上的差異,其原理是一樣的,但在量值上,太陰潮大於太陽潮。
為了便於說明問題,僅以月球對地球的作用為例,對引潮力進行分析。並且,假定地球是完全被均勻的海水所覆蓋的球體。這就是說,我們在這裡對引潮力和潮汐的分析,是以只考慮月球的作用,而不考慮其它任何因素對潮汐的影響為前提條件的。
地球在繞地月公共質心運動時,處於其不同位置的所有質點,慣性離心力都是相同的,其絕對值大小等於月球對地心質點的引力;其方向都互相平行,與月球對地心質點的引力方向相反。
地球是一個具有平均半徑約6371千米的球體,構成這一龐大球體的各個質點,因其在地球體上所處的位置不同,而與月球質心具有不同的距離和相對位置。因此,根據萬有引力定律可以知道,與月心距離和相對位置不同的地球上各質點,受月球實際引力的方向和大小,都有一定的差異。如圖,c為月球質心,o為地球質心。a位於oc連線上,是距月心最近的地球質點,稱為月球在地球上的正垂點。b是月心和地心連線延長線與地表的交點,為地球上距月心最遠的一點,叫做月球在地球上的反垂點。在地球上,正垂點a所受月球的實際引力最大,它與地月心連線重迭,並指向月心。反垂點b所受月球的實際引力最小,它與地月心連線的延長線重迭,也指向月心。地球表面其他任何地點所受月球的實際引力,其量值都小於正垂點、而大於反垂點;其方向雖然也都指向月心,但卻都不同地月心連線重迭,而是各有不同大小的夾角。地球質心o所受月球的實際引力,在數值上是整個地球全部質點所受月球實際引力的平均值,並指向月心。
在地球的質心,繞轉所產生的慣性離心力與月球對它的實際引力,保持平衡,即二者在同一直線上,作用於同一點,絕對值相等,方向相反,其合力為零。由於地表一切地點的慣性離心力相等、方向平行,而月球對它們的實際引力,與月球對地心的實際引力又都存在著不同程度的差異,因此,在地表任何地點,離心力與月球實際引力都是不平衡的,它們的合力都不等於零。月球在地表的正垂點a所受實際引力與離心力作用於同一直線,方向相反。在這裡,實際引力大於離心力絕對值,引力起主導作用,引力與離心力的合力是向上指向月心的;反垂點b所受實際引力也與離心力作用於同一直線,方向相反。在這裡,則是離心力的絕對值大於月球實際引力,離心力起主導作用,兩種力的合力背向月心方向,但在地球上也是向上的。地表其它任何地點所受月球實際引力,都不和離心力作用於同一直線,力的方向相差都不等於180°,而且力的絕對值也不相等。因此,除正、反兩個垂點外,地表一切地點所受月球實際引力,都與離心力構成一個方向不同、大小不等的合力。這些合力,就是引起地球上潮汐現象的直接動力——引潮力。
引潮力在地球上的分布是不均勻的。各地點引潮力大小、方向的差異,必然使被海水所覆蓋的地球變形。以正垂點為中心的半球,引潮力的水平分力指向正垂點,另一個分力指向月球(或太陽),海水質點向正垂點方向集中、朝向月球(或太陽)隆起;以反垂點為中心的半球,引潮力的水平分力指向反垂點,另一個分力背向月球(或太陽),海水質點向反垂點方向集中、背向月球(或太陽)隆起;在這兩個半球交界的地方,引潮力指向地心,海水質點向下移動。這樣,就使完全被海水覆蓋的地球,變成一個分別朝向和背向月球(或太陽)隆起的扁球體。正垂點和反垂點的連線,就是這個扁球體的長軸。這種由於引潮力作用而產生的變形,稱為潮汐變形。
在地球上看來,在引潮力作用下,以正、反垂點為中心的海水朝向和背向月球(或太陽)隆起,都是海面的向上升高,在正、反垂點周圍,各形成一個水位特高的地區,叫做潮汐隆起;在距正、反垂點最遠的地方,指向地心的引潮力使那裡的海面下降,形成水位特低的地帶。
以正垂點為中心的潮汐隆起,稱為順潮,它始終朝向月球(或太陽);以反垂點為中心的潮汐隆起,稱為對潮,它始終背向月球(或太陽)。因此,隨著月球(或太陽)自東向西的周日視運動,兩個潮汐隆起不斷地自東向西移動,一日之內在地球上移動一周。距正、反垂點最遠的海面最低地帶,也相應在地球上自東向西移動。這樣,在地表某個具體地點所看到的情況,就是隨著時間的流逝,海面不斷上升,達到最高水位後,又不斷下降,降到最低水位後,又開始上升……如此不停地循環往復,這就是海面不斷漲落的周期性運動。 萬有引力與天體運動產生潮汐現象。潮汐是海水周期性漲落。因白天為朝,夜晚為夕,所以把白天出現的海水漲落稱為“潮”,夜晚出現的海水漲落稱為“汐”。這種現象曾使古人很納悶,不知究竟是什麼原因造成的。後來細心的人們發現,潮汐每天都要推遲一會兒,而這一時間和月亮每天遲到的時間是一樣的,因此想到潮汐和月球有著必然的聯系。我國古代地理著作《山海經》中已提到潮汐與月球的關系,東漢時期王充在他所著的《論衡》一書中則明確指出:“濤之起也,隨月升衰”。但是直到牛頓發現了萬有引力定律,拉普拉斯才從數學上證明潮汐現象確實是由太陽和月亮、主要是月亮的引力造成的。
萬有引力定律表明引力的大小和兩個物體質量的乘積成正比,和它們之間的距離平方成反比。太陽對地球的引力比月球對地球的引力要強大得多,但太陽的引潮力卻不到月球的1/2。這是怎麼回事呢?原來引起海水漲落的引潮力(或稱起潮力)雖然起因是太陽和月球的引力,但卻又不是太陽和月球的絕對引力,而是被吸引物體所受到的引力和地心所受到的引力之差。引潮力和引潮天體的質量成正比,和該天體到地球的距離的立方成反比。因為太陽的質量是月球質量的2710x104倍,而日地間的平均距離是月地間平均距離的389倍,所以月球的引潮力是太陽的引潮力的2.17倍,因而從力學上證明潮汐確實主要由月球引起。打個比喻,如果某地潮水最高時有10米高,差不多7米是月球造成的,太陽的貢獻只有3米,其他行星不足0.6毫米。 太陽的引潮力雖然不算太大,但能影響潮汐的大小。有時它和月球形成合力,相得益彰,有時是斥力,相互牽制抵消。在新月或滿月時,太陽和月球在同一方向或正相反方向施加引力,產生高潮;但在上弦或下弦時,月球的引力作用對抗太陽的引力作用,產生低潮。其周期約半月。從一年看來,也同樣有高低潮兩次。春分和秋分時,如果地球、月球和太陽幾乎在同一平面上,這時引潮力比其他各月都大,造成一年中春、秋兩次高潮。此外,潮汐與月球和太陽離地球的遠近也有關系。月球的公轉軌道是個橢圓,大約每27.55天靠近地球和遠離地球一次,近地潮要比遠地潮大39%,當近地潮與高潮重合時,潮差特別大,若遠地潮與低潮重合時,潮差就特別小。地球圍繞太陽的公轉軌道也是橢圓,在近日點太陽引力大,潮汐強,遠日點,引力小,潮汐弱。
月球的引潮力不僅會在地球上產生海潮,還會引起大氣潮。但是大氣潮遠沒有海潮這樣驚天動地,氣勢磅礴。又因為我們身在其中所以是很難察覺的。除此之外,引潮力還會使地球的本體,包括地表(大陸和洋底以下各部分)產生潮汐,這種潮汐稱為固體潮,固體潮引起地表的起伏很小,只有用精密的儀器才能測出來,這可能對地球的引力場有細微影響。地球內部有一部分是液態的,因此那裡也會產生潮汐,我們認為地殼腹背的潮汐湧動是誘發地震的原因。
力的作用總是相對的,有作用力便有反作用力。月球對地球有引潮力,反過來,地球對月球同樣也有引潮力。按理說,地球的質量比月球大80多倍,地球對月球的引潮力應是月球對地球引潮力的20多倍,然而,由於月球上沒有水,所以地球的引潮力無法在月面上“興風作浪”,但對月球的自轉起了制動作用,使月球變成一顆同步自轉的衛星,所以月球總以一面對著我們。而月球也通過與此相同的潮汐摩擦使地球自轉變慢,使每日時間變長,同時地月之間的距離變大。 基本上是由於地球與其他天體的萬有引力所造成,主要的影響來自月球,其次為太陽。
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