地球上的潮汐现象,是因为引力和离心力的共同作用!

  • 小编 发布于 2019-11-29 13:49:13
  • 栏目:科技
  • 来源:前进波涛
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地球上的潮汐运动现象,是因为受到月球引力的作用,或者因为受到太阳引力以及地球公转离心力的共同作用

由于地球的自转要带动地球上的所有物质一起做惯性运动,其中当然也包括围绕在地球周围的水及空气。同时又由于地球周围的不同区域相对于太阳及月球的引力中心不断地发生着相对位置的变化,这种位置的变化使得地球上不同位置的物质在不同的瞬间会受到来自于太阳及月球引力中心的不同程度的引力的作用,以及不同程度的公转离心力作用。这种变化的作用力改变了随同地球一起运转的水及空气的惯性状态,所以便产生了地球表面流体相应的运动现象——其中对于海水及江水的影响产生了潮汐现象。另外对于空气的影响产生了大气的流动及气旋等现象。

相反地,如果地球没有自转现象,月球也不围绕地球公转,那么地球上便会减少很多关于大气和水的自然运动现象。地球上的大气和水会在地球、太阳及月球的引力共同作用下相对地固定于地球上的某个位置,达成相应的力学平衡而处于相应的静止状态,只在局部范围内受到日光的照耀而产生相应运动。

如果忽略地球环绕太阳0.0167的轨道偏心率不计,我们可以认为地球运行在环绕太阳的轨道上是在做 受平衡力作用的惯性圆周运动。即地球作为一个质点,它所受太阳的向心力正好等于其相对于系统中心的离心力。

但是,由于地球并非真正地足够小的一个质点,而是一个半径达到6378.2km大的一个球体。在这样大的一个天球上,只有处于地球质心或者正好处于地球公转轨道中心上的质点才真正受到相平衡的力。而地球上远离公转轨道中心的质点(比如距离太阳最近或者最远处的质点),由于相对于恒星的角速度几乎等于地球质心的角速度,而其公转轨道半径却与地球质心处存在细微的不等(即存在一个地球半径的差距)。所以它们并非受到相平衡的力——处于公转轨道中心外侧的质点,由于速度大于所处位置所需的平衡速度,所以导致向心力小于离心力,进而体现出向外的合力效果;而处于公转轨道中心内侧的质点,由于速度小于所处位置所需的平衡速度,所以向心力大于离心力,进而形成向内的合力。并且这两种情况下受力的不平衡都随距离的增加而增加。

由于地球的自转以及上述原因的受力不平衡,导致地球上的流体不断地向着新的平衡方向移动。总体上是流向公转轨道中心两侧直至最远点,但最终会因为地球引力的束缚作用达到平衡而停止继续运动。

由于上述的驱使物体运动的力,以及不断变化的位置关系,才不断导致在地球公转轨道中心线与地面的交汇区域,即大致是地球上每日的黎明和黄昏时分的位置,不断地进行着向内外两侧的分流并引起波澜,从而出现每日早晚各一次的潮汐运动现象。同时又在面向太阳以及背离太阳的方位却同时出现海水的隆起现象。然而这种现象在牛顿有关潮汐运动单独受引力影响的理论中却是不能明确说明其原因的。

地球上的潮汐现象,是因为引力和离心力的共同作用!

与前面所述受力方式不同的是,月球对于地面潮汐运动的影响却出于局部区域性受到吸引而产生的加速运动现象。这样的加速效果主要在于对地面流体物质的侧拉作用并产生动能,而并非直接性的抵抗重力产生运动将水面提高。就如同在光滑桌面上从侧面推动小球仅需要远远小于拿起小球所需的力,便能不断地对小球进行加速,直至其具备较大的动能。所以,月球对海洋影响最大的位置应在月球中心与地球表面相切的连线位置处。

但是,由于月球处于地球及海洋上方的圆锥顶点,它的引力对于各处海水的拉动作用最终使得更多的海水沿圆锥面方向汇聚到靠近月球正下方的中心轴线位置,汇聚的效果使得相应区域的水位得到升高。这与前面所述太阳引力及地球公转离心力之间的不平衡而导致海水在偏于公转轨道中心内侧最远处或者外侧最远处同时升高的现象是完全不同的,原因就在于它们所受力的作用机制截然不同。

地球上的潮汐现象,是因为引力和离心力的共同作用!

被牛顿片面曲解的潮汐引力背后的真相

不过,月球对于地面流体的单方向引力影响在一定位置还会与地球公转双向不平衡力的影响相叠加而导致效果上的加强或者减弱,从而产生较强的潮汐或者气旋等自然现象。另外,由月球的运动所导致的地球公转轨道中心位置的变化也会在一定程度上影响到流体的相应运动,因为地月系统相对于太阳的公转轨道中心始终在它们中心连线的某一比例位置处。

总之,不论是地球在其公转轨道上由于不同区域到太阳中心距离的不同而导致的不平衡的受力,还是由于月球对于地球近地表面的引力,它们相比于地球对于地表附近物体不断拉向地球中心的引力,都是属于微不足道的力。虽然它们都远远不足以抵抗物体的重力并使物体直接性地发生运动,甚至不能被较为精密的仪器检测出它们作用的前后物体重力所发生的细微变化,当然也不足以使海洋里面的水克服重力而被直接抬升。

但由于这样的力毕竟是规律性出现的不平衡的力,这种不平衡的力对于流动性较好的流体来说就意味着是推动它们加速运动的合外力。同时,如此微小的力也只有出现在与地球的引力相交错的方向上时才可能最终体现为推动物体运动的合外力。

另外,由于水和空气极其细微的、独立的微粒结构所具有的流体特性,使得它们在维持住重力及支承力之间受力平衡的情况下,还具备良好的侧向流动性。而不像固体物质那样受到物质内部结构之间强大的分子及原子间力或者摩擦力的约束,进而使得细微的侧向推力或者拉力都可以使其产生相应的运动。所以,当上述的不平衡力出现并作用于水或者空气所受重力的侧向方位时,由于时间的积累以及数量的积累,最终却形成了极其显著的潮汐运动现象,以及空气的流动现象

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