潮汐的形成原因如下:
先说月球的作用 。把地球和月球看做质点,说月球绕地球做圆周运动,实际上是月球和地球都绕二者的共同质心做圆周运动,只是地球的圆周轨道小得多 。(双星的两个质量相近的星球的圆周轨道近似相等)以地心为非惯性参照物,地球质点受到月球质点的万有引力正是地球质点绕共同质心做圆周运动的向心力,而此向心力对应的惯性力与此向心力大小相等方向相反 。所以地球质点受月球质点的万有引力与这个惯性力相互抵消 。
既然地球被看做质点,就可以把地球上物体的运动轨迹和动力学规律看做与地球质点完全一样 。这样物体受的月球的万有引力和与之对应的惯性力相互抵消 。
实际上地球的体积很大,在离月球最近的地面上的物体,绕地、月共同质心做圆周运动的轨道半径明显小于地球质点的轨道半径,物体所受月球的万有引力就会大于所受对应的惯性力,这两个力不能再抵消,其合力与物体受地球的万有引力方向相反,使物体的重力明显变小 。如果所说的“物体”是这里的海水,那么这里就会有涨潮发生 。用同样的方法研究离月球最远的地面上的物体,月球对此处物体的万有引力小于与之对应的惯性力,它们的合力又是与地球对此处物体的万有引力方向相反,也是使物体的重力明显变小 。所以在离月球最远的那部分海水同时也会有涨潮发生 。这就使本应是球形的海平面微微呈现出纺锤体形状 。
地潮、海潮和气潮的发生都是上述原因引起的,三者之间互有影响 。因月球距地球比太阳近,月球与太阳引潮力之比为11:5,对海洋而言,月亮潮比太阳潮显著 。大洋底部地壳的弹性和—塑性导致潮汐形变,会引起相应的海潮,即对海潮来说,存在着地潮效应的影响;而海潮引起的海水质量的迁移,改变着地壳所承受的负载,使地壳发生可复的变曲 。
气潮在海潮之上,它作用于海面上引起其附加的振动,使海潮的变化更趋复杂 。这种能量通过浅海区和海岸区的磨擦,以1.7TW(1.7x10^12W)的速率消散 。即朔点时刻处太阳和月球在地球的一侧,所以就有了最大的引潮力,所以会引起“大潮”,在农历每月的十五或十六附近,太阳和月亮在地球的两侧,太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起“大潮”;在月相为上弦和下弦时,即农历的初八和二十三时,太阳引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分所以就发生了“小潮”,故农谚中有“初一十五涨大潮,初八二十三到处见海滩”之说 。另外在第天也有涨潮发生,由于月球每天在地球上东移13度多,合计为50分钟左右,即每天月亮上中天时刻(为1太阴日=24时50分)约推迟50分钟左右,(下中天也会发生潮水每天一般都有两次潮水)故每天涨潮的时刻也推迟50分钟左右 。
潮差对比
除月球、太阳外,其他天体对地球同样会产生引潮力 。虽然太阳的质量比月球大得多,但太阳离地球的距离也比月球与地球之间的距离大得多,所以其引潮力还不到月球引潮力的一半 。其他天体或因远离地球,或因质量太小所产生的引潮力微不足道 。
根据平衡潮理论,如果地球完全由等深海水覆盖,用万有引力计算,月球所产生的最大引潮力可使海水面升高0.563m,太阳引潮力的作用为0.246m,夏威夷等大洋处观测的潮差约1m,与平衡潮理论比较接近,近海实际的潮差却比上述计算值大得多 。如我国杭州湾的最大潮差达8.93m,北美加拿大芬地湾最大潮差更达19.6m 。通过上升、收聚和共振等运动,使潮差增大 。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比 。或者说与潮差的平方和水库的面积成正比 。和水力发电相比,潮汐能的能量密度很低,相当于微水头发电的水平 。世界上潮差的较大值约为13~15m,但一般说来,平均潮差在3m以上就有实际应用价值 。
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