海洋为什么会有潮起潮落?退潮时的海水跑到哪去了?看完涨知识了
我们都知道 , 地球上的海洋每天都会有规律的涨潮和退潮 , 当涨潮时 , 大量的海水会不断地涌来 , 而退潮时 , 海水又会渐渐地退去 。 那么海洋为什么会有潮起潮落?涨潮时的海水哪来的?退潮时的海水跑到哪去了呢?下面我们就来讲一下 。
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从本质上来讲 , 海洋的潮起潮落其实就是海水的运动状态发生了改变 , 根据牛顿第一定律 , 物体总是会保持匀速直线运动或者静止状态 , 直到有外力迫使它改变运动状态为止 , 那么是什么外力改变了海水的运动状态呢?答案就是其他天体的引力 。
在太阳系中 , 地球主要受到太阳和月球这两个天体的引力影响 , 尽管太阳的质量非常大(与月球相比) , 但因为太阳与地球的平均距离高达1.5亿公里 , 而月球与地球的平均距离却只有大约38万公里 , 而引力的大小与质量成正比 , 与距离的平方成反比 , 所以月球引力对地球的影响就比太阳更大 , 而这也就意味着 , 地球海洋的潮起潮落主要是月球的引力造成的 。
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地球表面与月球距离最近的点 , 受到的月球引力最大 , 我们可以将其称为“近月点” , 然而这个点在地球表面的位置并不是固定的 , 由于地球大约每24个小时完成一次自转 , 而月球大约每27.32天围绕地球公转一次 , 因此“近月点”在地球表面的位置就会出现有规律的变化 。
另一方面来讲 , 因为海水可以认为是液态物质 , 很容易受到月球引力的影响 , 所以海水就会向“近月点”附近区域汇聚 , 从而形成涨潮现象 , 而由于地球的海洋都是连在一起的 , 因此当海洋中的某一区域出现涨潮 , 其他海域中的海水就会出现减少 , 从而形成退潮 。
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那问题就这样简单地解释了吗?其实不然 。 通常情况下 , 地球上的海洋每天都有两次潮起潮落 , 而之所以会这样 , 则是因为地球“面对”着月球的一面和“背对”着月球的一面都会出现涨潮 , 大概就是这图这个样子 。
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所以问题就来了 , 如果说海洋的潮起潮落是月球引力造成的 , 那地球“背对”着月球的一面为什么会涨潮呢?这一面所受到的月球引力不是更小吗?其实这是可以解释的 。
我们通常会将地月系统想象成“月球在围绕着地球公转 , 而地球却一动也不动” , 就像下图这样 。
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但事实却并非如此 , 要知道引力的作用是相互的 , 在月球的影响下 , 地球其实也会运动 , 实际上 , 地球和月球都在围绕着它们的共同质心运动 , 只不过由于地球的质量比月球大得多 , 这个共同质心就落在了地球内部(如下图所示) 。
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所以地月系统的运行应该是下图这样的 。
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在这个过程中 , 地球上的物质就会受到“离心力”的影响 , 从而具备了远离地月共同质心的趋势(注:“离心力”是为了便于讨论非惯性系的相关问题而引入的虚拟力 , 其本质是物体惯性的表现 , 所以我们将这种力加上了引号) 。
“离心力”(F)可用“F=mω^2r”来描述 , 其中m、ω、r分别代表物体的质量、角速度以及与物体与旋转中心的距离 , 可以看到 , “离心力”的大小与r成正比例 。
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