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潮汐现象和牛顿先生——引潮力的发现

无论海面风平浪静还是波涛汹涌,居住在海滨的人,每天都会看到海水有规律地进涨退落,这种现象就叫潮汐。它是海面一种长周期的波动现象,在垂向上表现为潮位的升降,而在水平方向上表现为潮流的涨落。潮汐现象就像大海的脉搏一样,每天都有规律地起落跳动着。

千百年来,人们经过长期观测,逐渐发现了潮汐与月球的关系。古希腊人认为“月亮产生潮汐”。我国东汉王充在《论衡》中指出:“涛(即潮,古代通用)之起也,随月盛衰,大小满损不齐同。”唐代窦叔蒙在《海涛志》这部潮汐专著中也指出:“潮汐作涛,必符于月。”他利用古代天文历算方法推算的半日潮周期为12小时25分12秒(强),与现在通用的半日潮周期相差甚微。

这些对潮汐现象的看法和认识,实际上并没有错,但是由于没有理论上的解释,所以直至几百年前,即便是优秀的科学家例如伽利略、开普勒等对此也不相信。真正解开这个谜的。是300多年前那位万有引力的发现、大名鼎鼎的牛顿先生。1687年,牛顿提出万有引力定律,并用数学方法证明了潮汐现象确实是由地球、月球和太阳的相对运动及其引力的变化所造成的;月、日引潮力是产生潮汐运动的原动力,它是天体引力的组成部分。

按照万有引力定律,任何两个天体或物体之间,都存着互相吸引的力,其大小与两者质量的乘积成正比,与两者之间距离的平方成反比。物体的质量愈大,距离愈近,引力也愈大。

地球的质量是月球的81倍,它吸引着月球绕自己运行;同时,月球对地球也有同样的吸引力。

引潮力是月球、太阳等天体对地球上单位质量物体的引力和对地心处单位质量物体的引力之差。太阳对地球的引潮力所引起的潮汐,称为太阳潮。太阳与地球的距离是月球与地球距离的389倍,因而太阳的质量虽大,但对地球的引潮力却不及月球。月球引潮力是太阳引潮力的2.17倍,地球上的潮汐现象主要受月球支配,月球对地球的引潮力所引起的潮汐,称为太阴潮。月球、太阳以及其他天球的引潮力,总称天体引潮力。由天体引潮力引起的潮汐现象,称为天文潮。海洋潮汐主要就是天文潮在海洋中的体现,是天运动的韵律。

地球上只有海洋才有潮汐现象吗?不是的。既然引潮力是一种万有引力,那么它对地球的各部发都可能引起潮汐。事实也正是如此。

除了海洋潮汐之外,地球上还有大气潮汐和地球潮汐。

引潮力在大气中引起的潮汐,叫做大气潮汐,也叫气潮,大气潮汐表现为对气压升降的影响。由于空气质量很小,引潮力对空气的作用,只相当于对海水作用的千分之一,因而很不明显。当月球在天顶或天底时(太阴时0时及12时),空气密度最大,大气里发生高潮,而在太阴时6时和18时,则出现低潮。引潮力在地球固体表面引起的潮汐,叫做地球潮汐,也叫地潮或固体潮。地潮表现为地球体表面的起伏。在月球引潮力的作用下,地球固体表面受力最大的地区,能产生最大幅度为30厘米的起伏。由于地潮相对于地球整体来说太微小,且变化缓慢,因此我们平时很难感觉到它的存在。








 
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