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大海为什么会潮涨潮落?潮汐如何形成?退潮的海水又回哪去了?

住在海水的人都知道海面在起伏。当阳光照到大海上时,海水就像一块巨大的镜子,反射着太阳照射下的一切。阳光直射时,海水会象被点燃的蜡烛那样迅速地燃烧起来。低潮时,海水退去,海水退去,露出大片的海滩;涨潮时,海水从海洋深处涌上来,翻滚而起。

古人把白天海水的涨落称为“潮”,晚上称为“汐”,两者都称为“潮汐”。地球上的海水为什么会有潮起潮落呢?风浪过后,海面又会是怎样一番景象:涨潮时,那么多的水都被卷走了;当人们站在海平面上望着大海时,看到的是潮水从陆地向海洋涌来,而不是像今天那样由海底向海中涌流;当海潮到来之前,海水又退回到原来的位置上来。退潮退去后,所有的水都到哪里去了?

众所周知,潮汐现象发生在古代。东汉时期着名的思想家王充在其《论衡》中对潮汐现象作过生动形象的描述:“涛之起都是随月盛衰而变化的,大小满损不均同”。当时的学者对潮汐现象没有进行过研究和探索,认为只是一种自然现象,不存在什么科学原理。但是,只有牛顿在17世纪80年代发现了著名的万有引力定律,拉普拉斯在18世纪后期建立了潮汐动力学理论,才为解释潮汐现象提供理论基础,并证实潮汐的确主要与月球的引力有关。

潮汐是如何在地球上形成的?

我们都知道,地球和月球是不断运动的,导致地球、月亮和太阳的相对位置发生周期性的变化,它们之间相互作用。那么,这种相互作用是如何产生的呢?这是因为地球上存在着一种强大而又复杂的“水”——海洋。海洋里充满了各种物质,并以不同形式参与人类生活。海洋潮汐是由月球和太阳的引潮力引起的海面的周期性涨落和流动。

那么什么是引潮力呢?我们说得具体点。

根据万有引力定律,两个天体之间的引力与其质量成正比,而与距离的平方反比。当两者相距一定距离时,它们间的万有引力最大。也就是说,物体的质量越大,两者之间的万有引力越大,引力之间的距离就越远。

月球所受到的引力比地球上的要小得多,但由于海水对月球的阻挡作用和地球对月球的吸引作用,使得月球引力在空间中分布不均匀:近月处所受的引力较小,远月处所受的引力较大且集中于月球中心;因此,当我们站在离月亮最近的地方时(即近月处),就能感觉到来自月球的强大吸引力;反之,则感觉不到来自月球的巨大斥力。近月的引力大于远月的受引力。

潮汐是由月球引力引起的,而不是由于地球自身的“公转”所产生的惯性离心力所致。本文从动力学角度讨论了月球对太阳、地球自转速度变化以及地月系之间相互吸引等因素作用下引起的月亮引潮力及其随时间变化规律,并给出了具体计算实例。在地月运动系统中,由于地球绕着地球旋转,所以月球围绕其公共质心做圆周运动时所受到的惯性离心力与地球所受到的惯性离心力是一致的,即都是由月球所提供;

月球引力和地球上所有各点的惯性离心力的合力是引起海水涨落的引潮力。

地球上最接近月球的区域比指向月球的惯性离心力受到更多的月球引力的作用,所以水向外上升。当地球位于离月亮较近的地方时,由于潮汐作用,海水向里凹陷;反之则向上凸起。如果从正对面观看的话,海水呈现为椭圆形状,这是因为重力所致。月球距离地球最远的区域,由于月球与海水之间存在着巨大的惯性离心力和引力,所以引潮力也指向月球。而在地球上,"C"和"D"之间存在着一个缺口,这个缺口就是引潮力从地心流向水体的通道。在地球内部,由于海水不断上升,形成一个巨大的椭球体,所以称之为涨潮;最低的水位在垂直于月球地心的区域,称为落潮。

同时,太阳和其他天体对地球的海洋也有引潮力作用,但主要是月球,其次是太阳,其他天体的引力较弱,基本上可以忽略不计。因此,从理论上讲,月球对地球没有引力;如果要计算出月球和其它天体之间的相互作用能,就需要知道这些天体与地球之间存在着一种相互吸引的作用力;即万有引力。太阳和月球对地球的影响很小,而地球自身的引潮力却要比月球大很多。月球上没有潮汐。

太阳与月球之间也存在着强大的潮汐力。如果把地球看成是一个质点,那么地球上发生的一切自然现象都可以归结为这个质点所受的引力。由于这种力有大小之分,因此,潮就是一种常见的重力波。当地球、太阳和月球接近一条直线时(每个月的新月和满月,即农历正月初一或正月十五前后),月球和太阳的引潮力就会叠加在一起。

中国钱塘江的潮水,被誉为“世界第一潮”,又被称为亚马逊河的潮水、恒河的潮水和“世界三大潮汐”,其涨潮景象蔚为壮观,每年有大量的游客前来观看这一奇观。

在农历的前七个月及下半月,上弦月与太阳的距离为90度。月球的引力与太阳的引力正好相反,两者互相抵消,形成了一个月中最小的小潮。

退潮退去后,水流向何处?

涨潮时,海水不断上涨,波涛汹涌,但退潮时,这部分海水似乎消失了,只留下了大面积的水面。

但事实是,退潮并没有消失。退潮后的海水占了全部海水总量的三分之二左右。只是在同一时间,潮水在一个地方上涨,在另一个地方退去。退潮的时候,海水会慢慢向四周扩张,而涨潮的时候,则会慢慢地向四周收缩,直到达到一个新的高潮为止。而潮头又随着时间和地点的变化不断变换位置,使其具有周期性规律。这就是潮汐现象。潮汐运动可以说是自然界中最基本、最有规律性的一种自然现象。就像摇一碗水,来回地,来回地,来回地,不停地。

潮汐的形成与演化与海水有着密切的关系。

月引潮力是由地球上的海洋潮汐和岩石圈内的大气圈中的固体潮汐以及大气潮汐共同产生的,它对海水具有很强的流动性;而月球对其影响较小,因此,在本文中我们只讨论月球引起的固体潮现象。一、月球与太阳之间存在着怎样的相对运动?月球上每天都要受到日地系统的辐射。超过70%的地球表面被海洋所覆盖,太阳和月引力作用于地球的所有区域,这些微小的影响加起来就是巨大的海水运动。

虽然大气也是流动的,但其密度比海水低得多,因此大气潮汐远没有海潮那么明显,只能通过极其精确的仪器测量来探测。在海洋中由于洋流和风的作用使海面上出现水平运动,这种水平运动称为海气相互作用(SST),它是影响全球气候变暖最重要的因素之一。大气潮汐主要受气流和风暴影响。

天体引潮力是由固体地球所引起的,它与固体潮汐一样,通过精密仪器记录在地壳中呈周期性变化,其周期约为7~15cm。引潮力还能引起地球上板块的运动,从而引发地震、火山等灾害。因此,我们必须了解它的变化规律,以便更好地利用它。一、天文潮与固体潮1.天文潮:是指月亮绕着地球公转时引起地球磁场变化而形成的一种自然力量。据统计,很多大地震经常发生在农历正月十五晚上,因为月球和太阳的引力经常在这个时候达到顶点。

posted @ 22-05-10 01:05  作者:admin  阅读量:

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