月亮绕地球一圈需一个月,地球上的潮汐一天两次,潮汐究竟是不是月亮引起的?
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潮汐的确是月亮引起的。那么问题来了,月球围绕地球一圈需要一个月,地球上的潮汐现象却一天两次。这是为什么呢?
其实原因很简单的啊!先来看一张关于潮汐现象的示意图。
图示:潮汐形成示意图
动图中地球上的凸起就是海洋中的潮水,它的一面总是面对着月球,另一边背对着月球。为什么会出现这种现象呢?它们是由于月球的引潮力对海水影响造成的。问题是图中的月球围绕地球一圈的时间应该是一个月啊!海洋的潮汐现象可是天天都有的。有这种疑问的朋友可能忘记了一点,那就是地球也是在自转的啊!地球每24小时就会自转一周,因此在一天的时间内地球上的每一个地方都是有机会面对月球的。不然的话,月球转动而地球不转动,在地球上的我们岂不是一个月只能有半个月见到月亮?
图示:地球每24小时围绕地轴自转一周
地球上的潮汐现象产生的原因不仅仅是月球,还有太阳。虽然太阳距离地球很远,它对潮汐的影响不如月球大,但是太阳的影响也是存在的。特别是当太阳和月球排成一线的时候,它们的合力对地球上的海水影响最大,这时候的潮汐最大。
图示:太阳和月球排成一线时潮汐最大
其实这就是月亮围绕地球需要一个月,地球上的潮汐一天却有两次的原因。因为地球在自转啊!
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潮汐现象是由月亮吸引引起,是目前公认的的看法,当然,还有太阳的吸引,不过由于月亮比太阳距地球近得多,对潮汐现象的影响大得多,所以,习惯上只说潮汐现象是由于月亮的吸引力引起的。不过,严格的说,并不全是,这只是对面对着月亮的一面的海水涨潮而言,在面对月亮地一面的海水涨潮的同时,背对月亮的一面的海水也出现涨潮。地球上的海水随地球自转,由于惯性保持原来的运动状态,象雨天的车轮将轮胎上的水甩出一样,背对月亮一面的水会被甩的向外凸起。所以,面对月亮的一面和背对月亮的一面同时涨潮。
据此,问题就好解释了,月亮固然一个月绕地球一圈,如果地球不自转,每月地球上一个地方只有一次面对月亮,一次背对月亮,则地球上一月发生两次潮汐现象。
事实上,地球每天自转一圈,这样,每天地球上的同一地点都有一次面对月亮一次背对月亮,所以,地球上每天要发生两次潮汐现象。同时,由于月亮的公转,地球上的同一地点,每天面对和背对月亮的时间不同,所以,每天发生潮汐现象的时间略有不同。
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月球对地球最重要的影响之一是引起潮汐,因此潮汐与月亮存在着千丝万缕的关系,但和月球一样,太阳对地球的引力也会导致潮汐涨落,只不过太阳的潮汐并不像月亮的潮汐那样每天都在变化。正是因为月球的引力以及相对较小的太阳引力,才使得海平面每天交替涨落两次。
地球上的潮汐现象
潮汐是一种发生在沿海地区的自然现象,它是在月球和太阳的引力作用下而形成海水周期性的涨落现象。
为了方便识别,人们习惯把海面垂直方向涨落称为潮汐,而海水在水平方向上的流动称为潮流,而且为了方便表示生潮的时刻,把发生在白昼的海水涨落称为“潮”,把发生在夜间的海水涨落称为“汐”,合称“潮汐” ,而潮汐的名称就是由此而来的。
其实在我国古代人们就已经察觉到潮汐与月球有关,东汉王充曾经在《论衡》一书里已提到:“涛之起也;随月盛衰”。但是真正对潮汐现象做出科学的解释,也是在万有引力定律发现之后,经过科学家们的研究,发现潮汐现象实质上是由于月球和太阳对地表海水和地球中心的引力之差产生的,一般来说潮汐是自东向西传播的,与地球的自转方向相反。
潮汐的产生
月球和太阳作为距离地球最近的天体,对地球上的海水都有较强的引力。虽然月球、太阳和地球的位置在时刻变化着,但是相互之间的引力始终都存在,也正是由于这股引力的作用,才促就了潮汐的产生。
一开始,我们认为是由于月球和太阳对地表海水和地球中心的引力之差所产生的,但经过科学家们的进一步的研究发现,其实是因为地球质点受到月球质点的万有引力就是地球质点绕共同质心做圆周运动的向心力,而这个向心力对应的惯性力与这个向心力大小相等方向相反,所以这两个力可以相互抵消。
但实际上地球体积较大,在距离月球最近的地面上物体,绕地、月共同质心做圆周运动的轨道半径明显小于地球质点的轨道半径,所以物体所受月球的万有引力就会大于所受对应的惯性力,因此这两个力就不能相互抵消,此时物体的重力就会明显变小。如果这里所描述的“物体”是海水,那么这里就涨潮,所以在距离月球最远的海水也就会有涨潮现象的发生。
通俗的来说,涨潮退潮就是所谓的潮汐,而涨潮的原理就是地球上月亮面对的一侧因为受到月球的引力,水涌起,而背对月亮的一侧,月球对它向地心的引力最小,水仍然涌起;退潮的原理就是与月亮、地心连线垂直的地方,水位变得最低的地方。
月球每天只升落一次,那么为什么地球上的潮沙会涨落两次呢?
这个问题我们可以先假设整个地球都是被海水覆盖,而距离月球比较近的地面的水域受月球拉力最大,因此水就会朝向正对月球的那一点聚集;相反在地球的另一面,月球对地面的拉力要比对水的拉力大,因此水域在离月球最远的一点也形成了凸点,于是地球就有了大潮、小潮这两个最高水域点。
因此,当地球完成一次完整的自转,几乎地球上的每个点就都出现两次潮汐现象啦!
海洋中的潮汐隐藏着巨大的能量
其实利用潮汐可以发电,而且潮汐发电与我们的普通水力发电原理类似。
在涨潮的时候,将海水储存在水库内,以势能的形势进行保存,然后,在落潮时放出海水,从而利用高、低潮位之间的落差来推动水轮机旋转,带动发电机发电。潮汐除了能发电,还可以利用潮汐进行捕鱼、产盐及发展航运、海洋生物养殖等。
潮汐同时也是一大自然景观,世界上最著名的三大潮分别在南美洲的亚马逊、印度的恒河和我国的钱塘江,与前两者相比,钱塘江的潮汐则显得亲民很多。在钱塘江观潮的那一天,尤其是农历八月十八日前后,远眺钱塘江出海的喇叭口,潮汐形成汹涌的浪涛,犹如万马奔腾,遇到澉浦附近河床沙坎受阻,潮浪掀起三至五米高,潮差竟达九至十米,确有“滔天浊浪排空来,翻江倒海山可催”之势,而且钱塘江大潮变化万千,当你身处不同的地段,可赏到的潮景也不尽相同。
在农历每月的初一即朔点时刻处,太阳和月球就会在地球的一侧,所以就有了最大的引潮力,这也是“大潮”,而且在农历每月的十五或十六附近,太阳与月球在地球的两侧,太阳与月球的引潮力也会引起“大潮”。
在月相为上弦和下弦时,即农历的初八和二十三时,由于太阳引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分,所以会发生“小潮”现象。因此在农谚中有“初一十五涨大潮,初八二十三到处见海滩”之说。
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如果不精确的计算,地球上潮汐一天两次与月亮公转没有多大关系,因为潮汐的次数只与地球自转有关。
但潮汐主要是由月球引起的,这一点也没有错。
潮汐是由于太阳和月球的引力作用下,形成海水周期性的涨落现象。
一般每日涨落两次,在白天涨起来的潮水就叫潮,夜晚涨起来的潮水就叫汐。
太阳和月球对地球的引潮力,是指太阳和月球对地球上单位质量物体的引力,以及地球旋转时产生的惯性离心力,这两种力组成的合力导致的。
因此引潮力与引力是有一定区别的。
太阳质量是月球质量的2706万倍,太阳到地球或者月球的平均距离约1.5亿千米,而地月距离为38.4万千米,相差约390倍。
如果根据万有引力公式计算,太阳与地球之间的引力就会远远大于地月之间的引力,那么为什么月亮对地球的引潮力更大呢?
这是因为引潮力与单纯的引力计算方式是不一样的,引潮力除了天体之间的引力作用,还需要将天体自转的离心力加上去,而且引潮力不是对整个星球的引力整体体现,而是对天体不同部位引力拉扯力的不同的体现。
这样天体之间的距离就变得更为重要了。
引潮力的计算是一个非常复杂的过程,但简化计算,可以把距离反比作用加上一个数量级,这样月球对地球的引潮力就大于太阳。
引潮力与万有引力公式,与质量成正比是一样的,但在与距离成反比上,万有引力是与距离平方成反比,而引潮力则与距离立方成反比。
万有引力公式:F-GMm/r^2
式中,F为万有引力值;G为引力常量,取值6.67x10^-11N·m^2/kg^2;M为大天体质量,m小天体质量;r为引力相互作用天体之间的距离。
引潮力公式:F1=GMm/r^3
式中,F1为引潮力值;G为引力常量;M和m为引潮力作用天体质量;r为引潮力作用天体之间距离。
根据计算,月球的引潮力是太阳的两倍多,当然这只是近似值。
除此之外,我们地球的潮汐还收到附近的一些行星影响,但影响的比重很小。总体上来说,月球对地球潮汐影响力约占70%,太阳占30%不到,其他行星的影响力只有0.6%。
所以,地球上潮汐大小完全跟着月亮走,这是无可置疑的。
但太阳的引潮力也是不能忽略的。
当太阳与月球和地球在一条直线上时,显然就是大潮时期,每年钱塘大潮一定是这种时候;而当地球与太阳、月球在一个三角位置时,月亮和太阳相互牵制,抵消了部分引潮力,地球潮水就是最小的时候。
现在来说说为什么一天有两次涨潮和落潮。
潮水涨潮落潮有一个特点,不是在地球的一面涨落,而是对应的两面涨落。
这主要是被月球吸引的一面涨了,而背对月球的一面就成为地球引力最弱的一面,地球自转的离心力就会把海水抛洒出去,这样就形成了地球的两边同时涨潮的现象。
涨潮时,是海水的上涨。那么海水并没有增加,怎么能够上涨呢?原来涨潮的同时,就会把地球两边侧边的海水吸过来,这样就出现了地球两侧最低潮的现象。
随着月亮相对地球运行,潮水就跟着月亮走,月亮移动过去潮水就落下了。
但月球一个月才围绕着地球转一圈,如果完全是月球走动引起的涨潮,一个月地球潮水就涨一次了。即便是按上述说法,相对应的地球另一面也同时涨落,也就是涨落两次了,那为什么每天涨落两次呢?
这位朋友恰恰忘了一个重要的事实,就是月亮一个月才围着地球公转一圈,而我们地球一天就转一圈啊。
这样相对海域对着月亮的移动速度,地球自转就比月亮快多了。
正是地球每天自转一圈,才使得自己不同的海域每天轮流对着月亮一圈,这样围绕着白道,也就是月亮围绕着地球公转的轨道面对着的海域,海水就此起彼伏的每天涨两次了。
而月球每个月,实际上是27.32天围绕着地球转一圈,因此每天在地球360度的球面上,只走了13度多一点,就不是地球每天涨潮两次的主要原因了。
结论是:地球上潮水涨落与月球有最主要的密切关系,但一天两次与月球公转基本没有关系,只与地球自转有关。现在明白了吗?
就是这样,欢迎讨论。
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月亮绕地球一圈需要一个月,地球上的潮汐一天出现两次,这两个都是事实,那么为什么两个现象的周期不一样呢?
首先我们先看看潮汐是怎么产生的。从根源上看,潮汐是由于引力造成的。简单地说,地球上的海水,每时每刻都受到来自月球、太阳等天体的万有引力,以及地球自身自转离心力的共同作用,使得地球的赤道和两极之间、正对月球(太阳)和背向的海洋区域产生引力差,引力差造成海水重力势能差,受到引力大的区域,海水会出现隆起,同时向着周边海平面较低的区域流动,产生潮涨和潮落,这就是潮汐现象的由来。
引起潮汐现象的引力来源,其实不光是月球,太阳也有一份功劳,虽然太阳质量与月球相比非常巨大,但它距离地球的距离实在是太远,贡献率仅为月球的三分之一。通常情况下,由月球引起的潮汐会把太阳引起的那部分给遮盖住或者抵消掉了。但是,当月球和太阳处于地球的同一侧时,也就是农历初一和十五,月亮的潮汐和太阳的潮汐会叠加在一起,此时地球上的潮汐就比平时要更一些,总体强度要大15%—25%。
之所以地球上每天都会出现两次潮汐现象,是和地球的自转分不开的。地球一天转一圈,海水中的每个点,在一天中都有机会正面对着月球和正背对着月球,所以一天会出现两次潮汐,这和月球每个月绕地球公转一圈是没有关系的。
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