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引潮力

时间:2018-07-06 06:24 来源:未知 作者:地理教师 责任编辑:地理教师
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  二、引潮力

  1.引潮力的成因分析

  海洋水体发生全球性的周期性涨落运动,必定有一种力作用于它。这种力就是我们要分析的引潮力。

  引潮力的实质是什么?它是怎样产生的?要回答这一问题,首先需从天体引力谈起。绕转着的天体,都受到两种力的作用,一种是绕转天体间的引力,一种是由于绕转而产生的离心力。两种力同时作用,才使天体能够维持其按一定规律绕转的运动状态。月和地球绕转、地和日绕转也是这样。

  引力和离心力,对于整个天体来说,二者是保持平衡的。但是,对于天体上的每一个质点(位于天体中心的质点除外)来说,二者则是不平衡的。绕转天体之间的引力同绕转运动所产生的惯性离心力的不平衡,是产生引潮力的根本原因。

  太阳和月球对地球的引力,地球在绕转中产生的离心力,以及由于这两种力在地球表面所表现出的不平衡,其本质是相同的。由月球作用而产生的潮汐,称太阴潮;由太阳作用而产生的潮汐,称太阳潮。太阳潮和太阴潮并无本质上的差异,其原理是一样的,但在量值上,太阴潮大于太阳潮。

  为了便于说明问题,仅以月球对地球的作用为例,对引潮力进行分析。并且,假定地球是完全被均匀的海水所覆盖的球体。这就是说,我们在这里对引潮力和潮汐的分析,是以只考虑月球的作用,而不考虑其它任何因素对潮汐的影响为前提条件的。

  地球在绕地月公共质心运动时,处于其不同位置的所有质点,惯性离心力都是相同的,其绝对值大小等于月球对地心质点的引力;其方向都互相平行,与月球对地心质点的引力方向相反。

  地球是一个具有平均半径约6371千米的球体,构成这一庞大球体的各个质点,因其在地球体上所处的位置不同,而与月球质心具有不同的距离和相对位置。因此,根据万有引力定律可以知道,与月心距离和相对位置不同的地球上各质点,受月球实际引力的方向和大小,都有一定的差异。如图5-18所示,C为月球质心, O为地球质心。 A位于OC连线上,是距月心最近的地球质点,称为月球在地球上的正垂点。B是月心和地心连线延长线与地表的交点,为地球上距月心最远的一点,叫做月球在地球上的反垂点。在地球上,正垂点A所受月球的实际引力最大,它与地月心连线重迭,并指向月心。反垂点B所受月球的实际引力最小,它与地月心连线的延长线重迭,也指向月心。地球表面其他任何地点所受月球的实际引力,其量值都小于正垂点、而大于反垂点;其方向虽然也都指向月心,但却都不同地月心连线重迭,而是各有不同大小的夹角。地球质心O所受月球的实际引力,在数值上是整个地球全部质点所受月球实际引力的平均值,并指向月心。

  在地球的质心,绕转所产生的惯性离心力与月球对它的实际引力,保持平衡,即二者在同一直线上,作用于同一点,绝对值相等,方向相反,其合力为零。由于地表一切地点的惯性离心力相等、方向平行,而月球对它们的实际引力,与月球对地心的实际引力又都存在着不同程度的差异,因此,在地表任何地点,离心力与月球实际引力都是不平衡的,它们的合力都不等于零。如图5-19所示,月球在地表的正垂点A所受实际引力与离心力作用于同一直线,方向相反。在这里,实际引力大于离心力绝对值, 引力起主导作用,引力与离心力的合力是向上指向月心的;反垂点B所受实际引力也与离心力作用于同一直线,方向相反。在这里,则是离心力的绝对值大于月球实际引力,离心力起主导作用,两种力的合力背向月心方向,但在地球上也是向上的。地表其它任何地点所受月球实际引力,都不和离心力作用于同一直线,力的方向相差都不等于180°,而且力的绝对值也不相等。因此,除正、反两个垂点外,地表一切地点所受月球实际引力,都与离心力构成一个方向不同、大小不等的合力。这些合力,就是引起地球上潮汐现象的直接动力——引潮力。

  综上所述,我们可以将地球上的引潮力及其成因,概括为以下结论:引潮力就是地球上各地点所受月球(或太阳)实际引力,与地球绕地月(或日地)公共质心运动的惯性离心力之合力。这一结论,可以用力学的平行四边形合成法则进行解释,如图5-20<a>所示。

  对地球上引潮力及其成因,还有另一种解释,即引潮力是地球上各地点所受月球(或太阳)实际引力,与地球所受月球(或太阳)平均引力的差值。并且用力学的平行四边形分解法则来解释这一结论,如图5-20<b>所示。

  以上两种解释似乎不同,其实质是一样的。首先,它们都从月球和太阳对地球的作用出发,分析地球上的引潮力。其次,二者都认为引潮力来源于天体引力,又不等于天体引力。第三,在分析引潮力时,都把地球视为由各个质点所组成的庞大球体,而不是把它看作一个质点。并且用万有引力定律来说明不同质点受日、月实际引力的差异性。第四,它们用力学的平行四边形法则分析的结果,实际上是一致的。

  在对引潮力分析时,后一种解释用的是力的分解方法(图5- 20<b>),把引潮力解释为各地点所受月球(或太阳)实际引力的一个分力(另一个分力是地球所受平均引力);前一种解释则用力的合成方法,把引潮力解释为各地所受的两个力(实际引力和离心力),所产生的合力(图5-20<a>)。我们知道,月球(或太阳)对地表各点的平均引力,都等于地心所受实际引力,其方向相同,都指向月球(或太阳);各地点的惯性离心力,也就是整个地球的惯性离心力,其绝对值等于地球的平均引力,方向则与平均引力方向相反,都背向太阳。在图5-20<b>中,如果用离心力代替平均引力,那么,图5-20<b>就会变成与图5-20<a>完全相同的形式。如果把图5-20<a>和图5-20<b>看成是关于地表同一地点引潮力的分析,即如果A和A′所表示的是地表同一地点甲,那么,我们便可以把这两个图合为一个图(图5-21)。图中的引潮力在左边的平行四边形(相当于图5-20<a>)中表现为合力;在右边的平行四边形(相当于图5-20<b>)中,则表现为分力。可见,两种解释是一致的,只是看问题角度不同而已。

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