生活在海边的人们很早就发现每个昼夜会有两次涨潮和两次落潮,而且知道这个现象可能月亮有关,每当月亮升到某个高度的时候,海水就会上涨。我们现在管这个现象就叫做潮汐,白天出现的海水上涨叫做潮,夜晚出现的海水上涨叫做汐。潮汐的形成主要是由太阳和月亮引起的。
我们先介绍下月亮潮
我们都知道月球绕着地球转,但真实情况有点不一样,以地球为中心只是为了考虑事情的方便性,实际上它们是一起绕公共轴心旋转的,由于地球质量远大于月球,以至于轴心位于地球半径以内,所以地球绕轴心转动看起来就不是太明显。
地、月绕轴心做圆周运动示意图
为啥扯到这方面呢,因为要了解这个现象,要提到一个重要的物理量,叫做离心力。
什么是离心力呢?我们可以想象下一根绳子拉着小球做圆周运动的时候,小球有向外运动的趋势,就像有个力在拉扯一样,这样的力,我们称之为离心力。离心力并非真实存在的力,它是一种现象。
离心力的大小F=mω ²r(m:圆周运动的物体质量,ω:角速度,r:圆周运动半径)
离心力的方向沿半径方向向外,远离轴心方向。
月亮潮形成示意图
月球与地球同时绕着它们公共轴心做圆周运动,月球受到地球引力作用,同时地球也受到月球的引力作用。但为什么不会被相互吸过去呢,因为同时还受到离心力的作用。月球中心位置与地球中心位置受到的相互的引力与离心力刚好抵消,以至于两者即不会相互靠近也不会远离。
我们以图示为例,地球A点位置同时受到月球引力和离心力作用,由于轴心位于地球半径以内,所以A点的离心力方向朝左,与月球引力方向相同,合力指向月球方向,所以A点海水会向月球方向靠近,形成涨潮;地球B点位置受到月球引力和离心力作用,力的方向相反,离心力大于月球引力,合力指向远离月球方向,所以B点海水受到地球离心力作用,也形成涨潮;另外两侧由于海水被吸引走,就会形成落潮。由于地球的自转,通常一天内就会出现两次潮涨和潮落,这就是月亮潮形成的原因了.
介绍了月亮潮,我们再简单讲讲太阳潮
太阳潮形成示意图
太阳对潮汐现象也有着不小的影响,不过并没有月球影响大。月球的引潮力大概是太阳的2.17倍。
地球绕太阳公转,地球中心位置受到太阳引力等于离心力,但地球A点位置距离太阳更近,这时候万有引力大于离心力,所以A点位置的海水受太阳引力作用就会被吸引过去,形成涨潮;地球B点位置距离太阳更远,这时候万有引力小于离心力,地球上B点位置的海水受离心力的作用也会形成涨潮;另外两侧由于海水被吸引走,就会形成落潮。
日常生活中我们也常听到潮汐有小潮和大潮,在这里也一起讲解下:
大潮:因太阳、月球和地球三者近似处于一直线上,由太阳和月球引起的潮汐叠加的结果,使海面涨落的幅度较大,大潮发生在农历初一和农历十五左右。
大潮形成示意图
小潮:地球、月球、太阳形成直角,由于太阳和月亮对地球潮汐的影响部分相消,所以所产生的潮汐高度也较低。小潮发生在农历初七和二十二左右。
小潮形成示意图