引潮力

引潮力

引潮力指月球和太陽對地球上單位質量的物體的引力,以及地球繞地月公共質心旋轉時所產生的慣性離心力,這兩種力組成的合力,是引起潮汐的原動力。引潮力與物體質量成正比,與距離的立方成反比。

  • 中文名稱
    引潮力
  • 屬    于
    物理學
  • 解    釋
    月球和太陽對地球上的物體的引力
  • 產生現象
    潮汐

簡介

地球由于受到月球(或太陽)的引力和因月球繞地球(或地球繞太陽)公轉而產生的離心力合力稱為引潮力。月球引潮力是太陽引潮力的2.25倍。 引潮力是指月球和太陽對地球上海水的引力,以及地球繞地月公共質心旋轉時所產生的慣性離心力,這兩種力組成的合力,是引起潮汐的原動力。

引潮力示意圖引潮力示意圖

實質

簡介

首先需從天體引力談起。繞轉著的天體,都受到兩種力的作用,一種是繞轉天體間的引力,一種是由于繞轉而產生的離心力。兩種力同時作用,才使天體能夠維持其按一定規律繞轉的運動狀態。月和地球繞轉、地和日繞轉也是這樣。

引力和離心力,對于整個天體來說,二者是保持平衡的。但是,對于天體上的每一個質點(位于天體中心的質點除外)來說,二者則是不平衡的。繞轉天體之間的引力同繞轉運動所產生的慣性離心力的不平衡,是產生引潮力的根本原因。

離心現象

太陽和月球對地球的引力,地球在繞轉中產生的離心力,以及由于這兩種力在地球表面所表現出的不平衡,其本質是相同的。由月球作用而產生的潮汐,稱月潮;由太陽作用而產生的潮汐,稱太陽潮。月潮和太陰潮並無本質上的差異,其原理是一樣的,但在量值上,月潮大于太陽潮。

為了便于說明問題,僅以月球對地球的作用為例,對引潮力進行分析。並且,假定地球是完全被均勻的海水所覆蓋的球體。這就是說,我們在這裏對引潮力和潮汐的分析,是以隻考慮月球的作用,而不考慮其它任何因素對潮汐的影響為前提條件的。

地球在繞地月公共質心運動時,處于其不同位置的所有質點,慣性離心力都是相同的,其絕對值大小等于月球對地心質點的引力;其方向都互相平行,與月球對地心質點的引力方向相反。

地球是一個具有平均半徑約6371千米的球體,構成這一龐大球體的各個質點,因其在地球體上所處的位置不同,而與月球質心具有不同的距離和相對位置。因此,根據萬有引力定律可以知道,與月心距離和相對位置不同的地球上各質點,受月球實際引力的方向和大小,都有一定的差異。如圖,C為月球質心, O為地球質心。 A位于OC連線上,是距月心最近的地球質點,稱為月球在地球上的正垂點。B是月心和地心連線延長線與地表的交點,為地球上距月心最遠的一點,叫做月球在地球上的反垂點。在地球上,正垂點A所受月球的實際引力最大,它與地月心連線重疊,並指向月心。反垂點B所受月球的實際引力最小,它與地月心連線的延長線重疊,也指向月心。地球表面其他任何地點所受月球的實際引力,其量值都小于正垂點、而大于反垂點;其方向雖然也都指向月心,但卻都不同地月心連線重疊,而是各有不同大小的夾角。地球質心O所受月球的實際引力,在數值上是整個地球全部質點所受月球實際引力的平均值,並指向月心。

引潮力

在地球的質心,繞轉所產生的慣性離心力與月球對它的實際引力,保持平衡,即二者在同一直線上,作用于同一點,絕對值相等,方向相反,其合力為零。由于地表一切地點的慣性離心力相等、方向平行,而月球對它們的實際引力,與月球對地心的實際引力又都存在著不同程度的差異,因此,在地表任何地點,離心力與月球實際引力都是不平衡的,它們的合力都不等于零。月球在地表的正垂點A所受實際引力與離心力作用于同一直線,方向相反。在這裏,實際引力大于離心力絕對值, 引力起主導作用,引力與離心力的合力是向上指向月心的;反垂點B所受實際引力也與離心力作用于同一直線,方向相反。在這裏,則是離心力的絕對值大于月球實際引力,離心力起主導作用,兩種力的合力背向月心方向,但在地球上也是向上的。地表其它任何地點所受月球實際引力,都不和離心力作用于同一直線,力的方向相差都不等于180°,而且力的絕對值也不相等。因此,除正、反兩個垂點外,地表一切地點所受月球實際引力,都與離心力構成一個方向不同、大小不等的合力。這些合力,就是引起地球上潮汐現象的直接動力--引潮力。

潮汐變形

引潮力在地球上的分布是不均勻的。各地點引潮力大小、方向的差異,必然使被海水所覆蓋的地球變形。以正垂點為中心的半球,引潮力的水準分力指向正垂點,另一個分力指向月球(或太陽),海水質點向正垂點方向集中、朝向月球(或太陽)隆起;以反垂點為中心的半球,引潮力的水準分力指向反垂點,另一個分力背向月球(或太陽),海水質點向反垂點方向集中、背向月球(或太陽)隆起;在這兩個半球交界的地方,引潮力指向地心,海水質點向下移動。這樣,就使完全被海水覆蓋的地球,變成一個分別朝向和背向月球(或太陽)隆起的扁球體。正垂點和反垂點的連線,就是這個扁球體的長軸。這種由于引潮力作用而產生的變形,稱為潮汐變形。

引潮力

在地球上看來,在引潮力作用下,以正、反垂點為中心的海水朝向和背向月球(或太陽)隆起,都是海面的向上升高,在正、反垂點周圍,各形成一個水位特高的地區,叫做潮汐隆起;在距正、反垂點最遠的地方,指向地心的引潮力使那裏的海面下降,形成水位特低的地帶。

以正垂點為中心的潮汐隆起,稱為順潮,它始終朝向月球(或太陽);以反垂點為中心的潮汐隆起,稱為對潮,它始終背向月球(或太陽)。因此,隨著月球(或太陽)自東向西的周日視運動,兩個潮汐隆起不斷地自東向西移動,一日之內在地球上移動一周。距正、反垂點最遠的海面最低地帶,也相應在地球上自東向西移動。這樣,在地表某個具體地點所看到的情況,就是隨著時間的流逝,海面不斷上升,達到最高水位後,又不斷下降,降到最低水位後,又開始上升,如此不停地迴圈往復,這就是海面不斷漲落的周期性運動。

新觀點

關于潮汐力產生的原因有人提出了新的觀點,內容摘要如下: 地球既進行自轉又進行公轉,並且自轉和公轉的方向相同,那麽地球面向太陽的部分繞太陽運動的速度就是公轉速度減去自轉速度,速度變小,離心力變小,太陽對它的吸引力大于它繞太陽運動的離心力,所以會隆起;地球背離太陽的部分繞太陽運動的速度是公轉速度加上自轉速度,速度變大,離心力變大,它繞太陽運動的離心力大于太陽對它的吸引力,所以也會隆起,這就形成了太陽潮。

由于月亮的存在,地月質心偏離了地球中心,地月質心對地球上的物質來說猶如橢圓軌道的一個焦點,地球在自轉時地球和月亮的共同作用迫使地球上的物質向橢圓軌道發展,所以在地球面向月亮和背離月亮的部分都會隆起,這就形成了太陰潮。

地震關系

地震的形成存在多種因素的製約,從天體物理學上看,太陽系其他天體產生的引力可作用于地球,即天文潮汐,相比較于其他行星而言,月球對地球產生的引潮力較大,有研究表明大地震與天體引潮力的變化存在關系。從表面上看,地震的發生是地球板塊之間的相互作用,在自轉向心力、地幔熱液對流作用下發生了運動,但實質上板塊運動與天體引潮力、太陽黑子活動等事件存在關聯,在這些外部因素的誘導下,引發了地球內部的構造變化,導致地震的發生。

引潮力

月球處于兩個周期運動時可觸發地震,其分別為8.85年和18.61年,通過對易震時間的統計,科學家發現在兩個周期之間的疊加周期會出現更加頻繁的地震,其強度和頻度都明顯增強,有可能增加全球發生8級以上地震的概率。這兩個神秘的周期也被稱為地震輪回。由于18.61地震輪回周期的存在,導致在大約10至30年間會出現一個地震活躍期和平靜期,比如喜馬拉雅與周邊區域從1900年至今發生13次7.6級以上強震都處于活躍期內、勘察加至日本東北部地區100年間發生了22次7.7級以上地震,其中20次發生于活躍期內,淺源型地震則更容易受到這兩個地震周期的影響。

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