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引潮力

时间:2010-01-29 03:27 来源:地理教师网 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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7.3引潮力

 

潮汐现象与天体运动密切相关,无论是月球还是太阳,其引潮作用机理是相同的。为简单起见,以下先讨论月球(太阴)的引潮作用。

7.3.1引潮力的定义

 

一、公转惯性离心力

在地-月系中,地球除了自转运动外,还绕地月公共质心公转,这种公转为公转平动。地球绕地月公共质心公转平动的结果,使得地球(表面或内部)各质点都受到大小相等、方向相同的公转惯性离心力的作用。此公转惯性离心力的方向相同且与从月球中心至地球中心联线的方向相同(即方向都背离月球,见图7—5中彼此平行的实矢量),大小为

式中M为月球的质量,K是万有引力常数,D为月地中心距离。

二、月球引力

根据万有引力定律,地球上任一地点单位质量的物体所受的月球引力为

方向都指向月球中心,彼此不平行,X为所考虑的质点至月球中心的距离。图7—5中的虚矢量表示这个力,这个力的大小随着质点所在位置的不同而变化。在图7—5中,以矢量的长短表示月球引力的相对大小。

三、引潮力

地球绕地月公共质心运动所产生的惯性离心力与月球引力的合力称为引潮力。地球上各点的引潮力如图7—5的粗矢量所示,可见地球表面各点所受的引潮力的大小、方向都不同,例如A、B两点的引潮力方向背离地心,而C、D两点的引潮力方向则指向地心。

7.3.2引潮力公式

 

设地球半径为r,月球中心至地球表面任意一点P的距离为X,若考虑一个天体方位圈,即以地球为圆心,过天体(月球M)、天顶(P′)的大圆圈,则θ为天顶距,即天顶与天体(这里指月球)在天球上所张的角度。在地球表面P点处,单位质量海水所受的月球引力fpm为

fpm=K·M/X2=g·r2/E·M/X2 (7-3)

方向指向月球,而单位质量海水所受的公转惯性离心力fcm为

fcm=K·M/D2=g·r2/E·M/D2 (7-4)

方向与地月中心连线平行,且背离月球。

根据引潮力的定义,P点的引潮力F可写为:

F=fpm+fcm (7-5)

如果把F投影到水平方向和铅直方向,称之为水平引潮力和铅直引潮力,则由图7—6可推得月球引潮力的两个分量分别为:

铅直分量

Fv=g(Mr3)/(ED3)(3cos2θ-1) (7-6)

水平分量

Fh=3/2g(Mr3)/(ED3)sin2θ (7-7)

式(7—6)和(7—7)分别为月球(太阴)引潮力的铅直分量和水平分量。同理可得太阳引潮力的铅直和水平分量分别为铅直分量

水平分量

上二式中S为太阳的质量,D′为日地距离,θ′为太阳天顶距。已知S=333400E,E=81.5M,D′=389D,D=60.3r,所以,当θ=θ′=0时,

而对于其他天体,如金星,当它离地球最近时的中心距D1=0.28×1.496×108km,而金星的质量为S1=0.815E,可以算得

由上述月球和太阳的引潮力公式可得:引潮力的量值与天体的质量成正比,而和天体到地球中心距离的三次方成反比。太阳的质量约为月球质量的2717万倍,但日地间距离平均约为月地间距离的389倍,计算可得月球引潮力约为太阳引潮力的2.17倍。另外还可算出月球引潮力约为金星近地时引潮力的2万倍。可见,海洋的潮汐现象主要是由月球产生的,其次是由太阳产生的,其他天体的引潮作用很小,一般可以忽略不计。

7.3.3引潮力势

 

引潮力势定义为:自地心(引潮力为零)移动单位质量物体至地表面任一点克服引潮力所做的功。对于月球,其引潮力势Ω为


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