海水漲潮退潮的原因是什麼?

海水每天的漲潮退潮,原因有兩點:

一個是地球本身的自轉,一個是外部天體的引力干擾(太陽、月球引起的潮汐力

簡單來說,潮汐力就是一個物體由於自身體積的存在,物體身上的各點到引力源的距離是有差距的,而這就導致了各點所受引力的大小不同,再加上引力方向的不一致,所以這個物體就會產生形變。

對於地球而言,覆蓋在其表面的海水,受潮汐力影響的表現最為明顯,之後再加上地球本身的自轉,就產生了每日的漲潮退潮現象

海水漲潮退潮的原因是什麼?

潮漲潮落是一種普遍的自然現象,然而人類數千年來卻並不知道大海為什麼會潮漲潮落,直到牛頓提出萬有引力定律之後才被破解。

我們知道萬有引力的大小與物體質量成正比,與物體間的距離成平方反比,然而由於引力最常用於大尺度距離上,比如研究地球繞太陽的運動,因為地球的直徑不過一萬兩千多公里,太陽的直徑也才140萬公里,相比於地球到太陽的平均距離1.5億公里而言,這些都可以不做考慮,因此在理論上,我們往往用質點來簡化運動模型(甚至就連離地球38萬公里的月球,我們也可以用質點來分析),所以潮汐力並不是一個重點概念(相對於中學物理而言)。

海水漲潮退潮的原因是什麼?

然而大海的漲潮落潮卻正是被這個不起眼的潮汐力所控制,因為地球還是佔據著一定空間的,根據距離的平方反比,除了地球自身對海水的引力外,考慮到月球、太陽、其它行星等天體,地球表面各點所受的引力大小、方向都是不一樣的,但最主要的還是月球和太陽,一來是因為月球離地球比較近,二來是太陽雖然離的遠,但它的質量非常大(畢竟佔比整個太陽系質量的99.86%)。

下面我們來簡單的分析一下這個過程,因為潮汐力所產生的原理是一致的,因此我們就單獨分析一下月球對地球的影響即可

主要考慮兩個因素:

一個是月球對地球表面各點產生的引力大小、方向上的差異

二是要注意:嚴格來說,月球並不是繞地球公轉,而是繞地月的公共質心公轉,地球同樣如此,因而地月系存在慣性力(離心力)。

知道這些後,請看下圖

海水漲潮退潮的原因是什麼?

圖中非常直觀的給出了海水在地球表面給點的受力情況,可以看到,在引力和離心力的作用下,靠近月球的一面與對應的背面,產生了一對反向的力,也就是說AB兩側的海水是一種相互遠離的趨勢;而CD兩側的海水則是相互靠近的趨勢,如此受力反映出的情況就如下圖所示:

海水漲潮退潮的原因是什麼?

並且我們還可以看到,由於地球本身自轉週期要比月球公轉週期快很多(地球自轉一週24小時,月球繞地球公轉一週27天),因此地球大部分沿海地區會在一天內兩次經歷高潮,兩次經歷低潮。

海水漲潮退潮的原因是什麼?

然而這只是單獨考慮月球的情況,如果再加上太陽的影響,那麼潮汐就會產生變化,簡單來說,如果太陽、月球、地球連成一線,那麼就會迎來大潮,反之如果地月連線與地日連線垂直,那麼就會迎來小潮(如下圖所示),但要注意一點,高潮一側永遠面向月球,因為月球引起的潮汐力始終超過太陽。

海水漲潮退潮的原因是什麼?

潮汐攜帶著大量能量,潮汐發電就是一個很好的應用。

海水漲潮退潮的原因是什麼?

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