03.06 為什麼會漲潮和退潮,是什麼原理?

雨後彩虹127511514


答:地球上的潮汐現象,主要是由於月球引力引起的,每天兩次漲落潮。


根據萬有引力定律,月球對地球物質的引力和距離的平方成正比,由於地球不是理想的點質量,所以地球面朝月球的一側,單位質量受到的月球引力更大,這就造成該側的海水隆起(漲潮),兩側的海水則流向隆起側(落潮)。

而背朝月球的一側,地球海水受到的月球引力最小,所以相對於兩側而言,背朝月球一側的海水也會隆起,但是隆起原理和麵朝月球一側稍有不同。


這就造成了,在地球上的一天中,會出現兩次漲落潮,其中低潮出現在兩次高潮之間,變化週期與月球公轉週期相同;月球公轉自西向東,造成月亮每天都會滯後48分鐘,所以地球潮汐作用每天都會推遲48分鐘。

在古時候,人們無法理解潮汐的原理,但是人們發現潮汐作用和月相變化是一致的,直到牛頓發現萬有引力後,科學家才知道潮汐作用是由於月球引力引起的,拉普拉斯首次在數學上證明了這點。


其實太陽也對地球的潮汐現象起作用,但是作用沒有月球的影響大,理論計算,月球對地球的潮汐力,大約是太陽對地球潮汐力的兩倍,月球和太陽的共同作用,有時候兩者的潮汐力相互疊加,有時候則相互抵消,也就造成了“大潮”和“小潮”之分。

在古代,陰曆是根據月相變化制定的,所以陰曆可以精確反映潮汐的變化規律;而公曆是根據地球公轉制定的,所以公曆可以很好地反映四季變化;我國的農曆,則結合了陰曆和陽曆的優點,本質上屬於陰陽曆,可以同時反映月相變化規律和四季變化規律。


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“為什麼會漲潮和退潮,是什麼原理?”,由於月球和太陽對地球的引力影響,地球表面的海水會發生週期性的升高與降落,這種現象發生在白天被稱為“潮”,發生在夜晚則被稱為“汐”。

引力與潮汐

萬有引力定律告訴我們,任何有質量的物體之間都會存在吸引力,而力的大小和物體的質量以及二者的距離有關。首先來說,距離地球最近的天體就是月球了,月球之所以可以穩定的圍繞地球進行公轉,正是二者之間引力的作用,

由於引力的存在,地球表面與月球表面會產生隆起效應,當這種隆起效應位於海洋時,就會帶來海水的起伏變化。

除了月球外,地球還會受到太陽的引力影響,因此太陽與地球之間的引力也會使地球的海水產生起伏變化,不過太陽引力所造成的海水起伏變化並沒有月球引力帶來的變化大,這是什麼原因呢?我們可以分析一下,我們知道大海之所以可以附著在地球上,是由於地球的引力作用,因此在太陽—地球-月球系統中,海水一方面受到地心的引力而附著在地表,另一方面則受到太陽與月亮引力而具有“掉到天上”的趨勢,海水的起伏變化其實就是這幾種力的相互較量,

雖然太陽與地球之間的總引力大於月球與地球之間的總引力,但是由於月球距離地球更近,月球對海洋的引力與地心對海洋的引力差值大於太陽和地心對海水的引力差,科學家發現,引潮力的大小和引潮天體的質量成正比關係,而和這個天體與地球的距離的立方成反比關係,計算表明月球引潮力是太陽引潮力的2.25倍,因此月球對於潮汐現象的作用比太陽更大。

離心慣性力與潮汐

在解釋潮汐形成的原理時,我們常常會用到下圖中的形式:

在面對這張圖時,許多人會有一個疑惑,為什麼背離月球的一面依然會產生高潮?我們知道海水的起伏是受到了力的影響,既然背離月球的一面,海水依然產生了隆起,那就必然受到了力的作用,那這個力來自哪裡呢?答案是慣性。我們常常說月球圍繞地球進行公轉,嚴格來說這句話並不正確,而是月球與地球圍繞二者之間的公共質心進行運轉,因此月球與地球的運行狀態和下圖比較接近:

值得注意的是,地球的質量較大,因此質心的位置更靠近地球,通過質量的比值可以計算出,地月之間的公共質心位於地球內部位於距地心4671千米遠的地方。通過上圖中的模型,我們可以直觀的感受到,在背離月球的一面,由於地球圍繞地月質心運轉,所以會存在離心慣性力,因此這個位置的海水由於具有“遠離地表的趨勢”,所以也會隆起。同樣,在面向月球的一面,依然存在離心慣性力,但是由於月球的引力佔據主導地位,所以離心慣性力並不明顯。

由潮汐力的產生原因可知,太陽-地球-月球之間不同的位置關係,會產生不同的引潮力,當太陽月球在地球的同一側時,由於引力的疊加,海洋會產生更大的漲潮,如果太陽與月球分居地球兩側,則漲潮幅度較小。由於月球在圍繞地球公轉的同時地球也在自轉,因此一天之內會發生兩次漲潮與落潮。

不僅僅海洋有潮汐

我們知道來自太陽與月球的引力不僅僅會作用在海洋,當這種引力作用在地表時也會使地表產生起伏變化,這種現象被稱為固體潮。

不過地球的岩石圈不同於液態的海洋,固體潮所產生的起伏變化並不明顯。由於固體潮的存在,地球其實處於週期性的變形之中,科學家認為固體潮可能是地球地震的主要動力。同樣,固體潮也會作用在月球上,由於潮汐力影響,質量較小的月球已經處於潮汐鎖定狀態,其自轉週轉與公轉週期相同,所以月球只有一個面朝向地球,而且在潮汐力的作用下月球已經變扁了。

相似的原理,還有大氣潮的存在,和海洋潮汐類似,大氣潮每天也會產生兩次漲潮兩次落潮的現象,不過由於空氣的密度太小,我們需要精密的儀器才能觀察到大氣潮現象。最猛烈的大氣潮大概就是下圖的樣子。

總結

潮汐的變化是由於海洋受到了力的作用,這種力主要來自於月球的引力,還有太陽的引力以及地球運轉產生的離心慣性力,由於這些力的存在,海洋會發生一定的“隆起”,這就是漲潮的原因,由於大量的海水被“集中提起”,海洋的其他區域則會發生退潮,這就是漲潮與退潮的原理。

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漫步的小豆子


漲潮和退潮都是正常的自然現象,海水有漲有落,一天之內,海水的漲落可以發生兩次,一次在白天,一次在夜晚。

發生於白天的海水漲落現象,稱之為潮,而發生於夜晚的海水漲落現象,稱之為夕。每當海水漲潮的時候,波濤洶湧,景象蔚為壯觀,每當海水退潮的時候,留下一片片海灘。古人有云,:“大海之水,朝生為潮,夕生為汐。”潮和汐二字正好是在朝和夕上加上了三點水偏旁,可見古人對於潮汐現象的描述是多麼形象。

中國古人很早以前就已經注意到了海水的週期性漲落現象,在一天之內,海水的漲落會發生兩次,在海水的漲潮和退潮的間隙之間,有相當長的一段時間,海水的高度是相對恆定不變的,這個時期稱之為平潮。中國古人很早注意到了潮汐現象,但是曾經也一度對這個現象感到很是費解,一度不知道如何去解釋這個現象。但是細心的中國古人還是很聰明的,他們發現了潮汐現象和月球之間存在著某種必然的聯繫。

早在《山海經》中,就已經提到了月球和潮汐的關係,東漢時期,王充更是直接在他的著作《論衡》中這樣寫到:“濤之起也,隨月升衰。”不過呢,中國古人只是知道潮汐和月球有一定的聯繫,至於其原理是什麼,中國古人沒有解答。直到牛頓提出了萬有引力定律,拉普拉斯才在數學上證明了潮汐現象的確是由太陽和月亮,尤其是月亮的引力引起的。



生活在海邊的人們,一天之內可以看見兩次海水的漲落現象,月球正對地球一面的海水,由於受到了月球的引力作用,所以海水會湧起,這就是漲潮作用了,而正好背對月球一面的海水,為什麼也會漲起呢?這是因為背面的海水主要受到的是地球的離心力作用,而月球引力在背面一側影響作用最小,所以背面一側海水也是湧起,則是漲潮了。而地心和月心連線垂直方向上,海水就會跌落,也就是退潮了。當月球地球太陽近似成一條直線的時候,就會出現大潮,這一般發生於農歷的初一或者是十五。


鏡像科普


看過《流浪地球》的人,還記得地球大氣被木星吸走的場景嗎?這才是地球潮汐的真實原因。漲潮不能簡單的用引力解釋,例如比月球引力更大的太陽,幾乎不會引起潮汐。

引力的作用方式是均勻的,舉個例子說明:推動裝水的杯子,杯子中的水平面會變成斜面,因為作用力要通過杯子傳遞到水。如果是引力推動杯子,因為引力直接作用到水上,不需要傳遞,杯子中的水平面是不會變成斜面的。

所以正常情況下,引力會同時作用在整個地球上,產生均勻的加速度,並不能引起潮汐。

太陽離地球遠,即使太陽的引力再大,只要引力在整個地球上是均勻的,就不會引起潮汐。因為地球上每個部分的加速度都相同,以地球上任意一點為參考系,其它部分都是相對靜止的。

但是月球離地球太近了。在地球上,靠近月球的一側,和遠離月球的一側,引力是有差別的。引力不一樣,加速度就不一樣。地球是一個整體,只有一個整體加速度,只能通過地球內部傳遞作用力達到平衡。最終,無論靠近月球的一側,還是遠離月球的一側,加速度都是一樣的。

可是海洋裡全是水,海水很容易變形,傳遞力的時候海面就會變成斜面,這和推動水杯時的情景一樣。海洋的水平面變成斜面,就是我們看到的潮汐,所以潮汐的成因,不是引力,而是引力不均勻。

對比《流浪地球》,如果增加月球的質量,或者減小地月距離,繼續增加月球對地球引力的不均勻性。靠近月球的海洋,引力引起的加速度就會遠大於地球的整體加速度,甚至脫離地球的束縛,直接飛到月球表面。這種現象,在物理學中叫做“洛希極限”。洛希極限通常和天體崩潰聯繫在一起,其實潮汐就是迷你版的“洛希極限”。


飛魚科普


潮汐是一般發生在沿海地區的一種自然現象,它是在月球和太陽的引力作用下而形成海水週期性的漲落現象。

為了方便識別,人們習慣把海面垂直方向的漲落稱為潮汐,而海水在水平方向上的流動稱為潮流,而且為了方便表示生潮的時刻,把發生在早晨的高潮叫潮,發生在晚上的高潮叫汐,潮汐的名稱就也是由此而來的。

經過科學家們證實,潮汐中的漲潮和落潮主要就是由於月球引力的影響,地球質點受到月球質點的萬有引力就是地球質點繞共同質心做圓周運動的向心力,而這個向心力對應的慣性力與這個向心力大小相等方向相反,所以這兩個力相互抵消。

但是由於在實際上地球體積比較大,在離月球最近的地面上的物體,繞地、月共同質心做圓周運動的軌道半徑明顯小於地球質點的軌道半徑,物體所受月球的萬有引力就會大於所受對應的慣性力,這兩個力就不能再相互抵消,物體的重力就會明顯變小。

如果把所描述的“物體”換成是海水,那麼在這裡就漲潮,所以在離月球最遠的海水同時也會發生漲潮現象。

簡單的來說,漲潮退潮就是所謂的潮汐。而漲潮的原理就是地球上月亮面對的一側因為受到月球的引力, 水湧起, 這時力是最大的,而背對月亮的一側,月球對它向地心的引力最小, 水仍然湧起, 這就是漲潮了; 而退潮的原理,就是與月亮、地心連線垂直的地方, 水位變低而形成的。


星球上的科學


對於為什麼會有漲潮和退潮,是什麼原理呢之話題,我個人的觀點認為,地球海洋上的漲退潮汐現象的發生,是由地球的自轉運動現象所引發的一種慣性自然現象。為什麼會這樣說呢?


因為,目前科學界對地球海洋上的漲退潮汐現象的發生,傳統地認為是由月球的反引力作用所引發的一種自然現象,早已成為大家心目中的共識,不必多談。事實上是這種情況嗎?!科學的問題是在肯定與否定中反覆辯證過程而得出的真理,對此傳統說法我表示質疑:


一方面,地球與月球是太陽系中的一個行衛系,月球圍繞地球的公轉運行軌道是由地球巨大的磁場所提供的,地球是月球的母星,是依靠地球的磁場掌控著月球的公轉循環運動,月球慣性運行的動力來源是地球的自轉運動現象引發的,因而,月球慣性運動的過程不會有反引力作用現象的發生。二方面,從地衛系來看,地球與月球之間的運動,地球是主動性的,而月球是被動性的,只有地球的運動,才會有月亮的慣性運動,如果地球停止了運動,月球也會靜止不動的現象,月球這種現象是不會對地球產生反引力作用現象發生的情況。


那麼,地球海洋上的漲退潮汐現象到底是如何發生的呢?!我經相關研究認為,地球的自轉運動是形成海洋漲退潮汐現象發生的主要原因,因為,地球表面覆蓋著70%的液態水體(海洋),地球自東向西自轉運動的過程,由於液態水體受地心磁性的吸引力作用而產生水垂直重量的現象,與地殼表層的固態物質不是完全同步的,液態水體(海洋)會有向東滯留的情況發生,由於地球的東邊方向會有諸多陸地群西岸,阻止了海洋洋流東移的前進步伐,從而引發海洋東面水域的海水升高現象,此時海洋東面的海水就會呈現出漲潮狀態,與此同時,海洋西面的海水就自然會呈現出退潮狀態。


隨著東面水位升高到一定的程度,洋流向東移的力量將會被升高的水域所抵消,鑑於海洋的海水有重力平衡之物理表現特徵,東邊高水位的海域將會反向流動,並往海洋西邊較低的海域前進,而海洋的西邊也有諸多的陸地群體東岸,阻止其洋流前進的步伐,從而,會使海洋西邊海域的海水升高而出現漲潮現象,與此同時,東邊海域流走的海水而出了退潮現象的發生。上述現象在海洋中的循環反覆發生,才形成了地球海洋漲退潮汐的慣性現象。

由此可見,地球海洋上的漲退潮汐現象的發生,是由地球的自轉運動現象所引發的一種慣性自然現象。而絕非是由月球的反引力作用所引發的自然現象。不知這樣的回答是否準確?!如讀者閱後覺得我說的對,希給個點贊並關注我,可閱讀到我相關科學領域前沿上千個的原創答題,歡迎大家一起來討論和學習。宇明於東莞市。(注:原創作品,版權所有,抄襲必究。)


地外天使


地球之上的漲潮、退潮和月球對地球的引力有主要關係,而太陽對於地地球的引力是次要原因,太陽系內其他行星對地球的影響幾乎可以忽略不計。

我們可以簡單的地去理解,地球上的潮起潮落是一種運動,運動的產生意味著力的存在。而地球主要受太陽和月球的引力,當太陽地球和月球處在同一條直線上的時候,地球受到的潮汐力是太陽和月亮兩個“始作俑者”的疊加效果,屬於地球上的大潮;而當太陽、地球、月球處在一個直角上的時候,地球受到的潮汐力是削弱的狀態,也被稱為小潮。

地球潮起潮落的原因是潮汐力的存在,但潮汐力和引力並不是等價的

自從牛頓發現萬有引力定律之後,我們知道使月球高高“掛”在天空上的力和使蘋果掉落在地面上的力本質上是同一種力-引力。同時給出了計算萬有引力的公式,引力的大小和兩個天體之間距離平方成反比,質量乘積成正比。

而兩顆天體的距離一般都是把天體理想化為有質量沒體積的一個點,把地球和月球都近似看作正圓的話,那麼計算它們的引力就指得是地心和月心之間的距離。但實際上地球的各個點受到的月球引力是不相同的,各點之間和地心之間的引力差被稱為潮汐力。而正是這種力引起了地球上的潮起潮落,通過計算月球對地球的潮汐力大約是太陽對地球潮汐力的兩倍多,所以地球上的潮主要是跟月球有關。


簡單的理解就是,距離月球越近受到的引力越大,各點之間受到的引力不同自然會引起地球內部的變化“撕裂”。這種“撕裂”效果主要體現在海水潮汐、大氣潮汐和固體潮汐三方面。其中海水潮汐是我們最熟悉也是接觸最多的,而在《流浪地球》電影中我們看到的地球大氣層被木星吸引吞噬,也是潮汐力的原因。

潮汐力還會引起其它的天文現象,例如地球對月球的潮汐力導致月球自轉速度逐漸減慢,最終和公轉速度嚴格一致,形成了潮汐鎖定現象在地球之上我們只能看見月球的正面。簡單的理解就是像抓一個人的頭髮去旋轉,這個人就是一種被“撤曳”的狀態。如果是地球的話,表面上的海水是流動的,收到潮汐力的作用自然而然會潮起潮落,而固體我們不易察覺,氣體就更沒有直觀的感受了。



科學黑洞


是因為月球和地球之間的地理位置 運行週期 產生引力而形成地球上的潮汐。潮汐是沿海地區的一種自然現象,古代稱白天的潮汐為“潮”,晚上的稱為“汐”,合稱為“潮汐”,它的發生和太陽,月球都有關係,也和我國傳統農曆對應。

而我們還知道,地球不僅自轉影響海的不平靜,我們地球還受到月球以及太陽的引力呢。想想看,當地球轉到順著太陽或月亮引力方向的時候,正對著太陽或月亮的那一面的海水是不是就被一種引力吸引了,吸引了就有一種往外流淌,要升起來向空中衝出去的力量?但是呢,畢竟月球引力不夠大,太陽又太遠,所以,它們只能是提升海水而已,讓海誰漲起來,並不能讓其進入太空的。。。當地球轉到偏移了太陽月亮引力方向的時候,自然就恢復原來的樣子了。。 明白了吧?

所以說,潮水一般一天之內都有兩次的。一日之內,地球上除南北兩極及個別地區外,各處的潮汐均有兩次漲落,每次週期12小時25分,一日兩次,共24小時50分,所以潮汐漲落的時間每天都要推後50分鐘。 正是因為有了這樣的漲落,才使得海水能夠在某處漲潮時,其他地方的不漲的水給予暫時的補充,從而形成潮流,有利於海水環境的交換


河北薛之謙


漲潮和退潮是由地球和月球之間的引力引起的。

我們經常誤解是月亮將水吸引到靠近自身,因此在靠近月球的地球一側引起漲潮,在遠離月球的一側引起退潮。但是,如果是這種情況,每天只會有一次漲潮。但每天有兩次漲潮。原因是

地球和月亮圍繞彼此旋轉,每個都朝另一個方向拉動。月亮吸引了地球上的每一件物質。由於重力與距離的平方成反比,因此該力在靠近月球的地球一側較大,而在距離月球較遠的地球一側較小。由於地球是一個非常穩定的物體,這種力的差異不會使地球變形(很多)。然而,它在改變海洋(主要是液體)方面取得了很好的成功 。由於地球上水域比平均水域更強烈地被吸引,它們往往會向月球凸起,從而引起漲潮。地球另一側的水,因為它們被吸引的強度退於平均值,所以往往會“落後”穩定的地球,從月球上升起來,在這種情況下,也是再次引起漲潮。

退潮發生在與月球成大約的角度,水面上的力量與地球上月球的平均拉力相近。 通常在這之後的問題是,為什麼太陽不引起任何潮汐(與月球的潮汐相比),儘管它在地球上的拉力更大?答案是,儘管太陽在地球上的引力大於月球的引力,但由於距離大得多,因此從地球的一端到另一端的力變化很小。由於力的差異大於產生潮汐的力的平均大小,因此淨效應遠小於月球的淨效應。


科研小蟲


潮汐現象,實際上是月球在手撕地球。

拉住彈簧的前端加速,前端會變長;拉住彈簧的後端減速,後端也會變長。這都是傳遞力的表現。

月球也在拉著地球,作用力就是萬有引力。月球對地球的引力是不均勻的,地球上靠近月球的一側引力大,遠離月球的一側引力小。於是我們看到了一個現象:月球對地球的引力給了地球一個加速度,靠近月球的一側引力大於平均值,就會拉著地球前進,作用力導致海水變形,形成漲潮;遠離月球的一側,引力小於平均值,也會拉著地球減速,作用力也導致海水變形,也要漲潮。



這就是為什麼只有一個月亮,一天要漲潮兩次,因為靠近月球和遠離月球都要漲潮。而太陽引起的潮汐很小,不是因為它的引力不夠,而是太陽距離足夠遠,地球遠離太陽的一端和靠近太陽的一端,引力大小都和平均值差不多。


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