月球、太陽對地球的潮汐影響

2020-12-05 經典力學007

本文主要是計算月球和太陽對地球表面的潮汐力的大小,以及廣闊海域的潮汐高度。

前提條件:

1、地球本身是完全剛性的球

2、海水的分子間作用力忽略,不考慮液體張力

3、月球、太陽看成質點

4、非相對論

01月球對地球的潮汐力

如下圖,一個單位質量的物體在地球表面的P點,P到月球的距離為L,地球中心為O,半徑為R,質量為M,地月中心距為r,PO與r的夾角為θ,月球質量為m,則(月球看成質點)

月球在P點產生的引力勢為:

由幾何關係可知:

於是得

只需要把後面展開即可,這裡根據一個簡單的展開公式

代入,得

由於地月之間的中心距r遠大於地球半徑R,則(R/r)很小,可以略去(R/r)的三階和高階小量,得

於是

P點單位質量受到的徑向力

第一項類似於

其含義是整個地球受到月球的引力在地球半徑R上的分量,是地球上所有物質都受到的一個力,不是潮汐力。

於是潮汐力只能是第二項。因此,地球表面單位質量物體所受到的潮汐力

從公式中可以得出下列結論:

1、由於地球的自轉、月球的公轉,潮汐力會按周期性變化。

2、月球引起的潮汐力在赤道附近最為明顯。

3、赤道附近的潮汐力變化範圍最大,越往兩極走,變化範圍越小。

4、在南北極點月球的潮汐力按月周期變化,太陽的潮汐力按年周期性變化。

潮汐力方向

可以看出,θ=0或π時,對應的潮汐力最大。此時,月球在頭頂,或者腳下

02地球的潮汐高度公式

繼續考慮月球對地球的潮汐力作用,如果在赤道附近的廣闊海面上,由於潮汐力作用使海面升高了h,那麼地球的引力在h上的高度減小的量必須剛好等於潮汐力,則

或者

化簡得

月球引力下潮汐高度

(其中,m月球質量,M地球質量,R地球半徑,r地月中心距)

同理可求得,赤道附近的廣闊海面,

太陽引力下潮汐高度

(最大高度)

03潮汐高度具體值

根據百科數據(2020年數據)

地球質量為5.965×1024kg

地球半徑為6378.137km

月球質量為7.349×1022kg

月球公轉半徑為363300km~405493km

太陽質量為1.9291×1030kg

地球公轉半徑為147098074km~152097701km

根據上述數據代入公式,可得

月球引力的潮汐高度

近地點h=0.425m

遠地點h=0.305m

太陽引力的潮汐高度

近日點H=0.173m

遠日點H=0.145m

容易看出,太陽的潮汐約等於月球的潮汐的一半。所以,地球上潮汐受月球和太陽共同影響。在赤道附近廣闊海域上,產生的大潮汐高度

Hmax=0.598m

這個理論高度稍微低了點,因為地球並不是完全的剛性的。在沿海或者入海口由於地形的原因,海水匯聚造成的潮汐高度比這數字高几十倍。

相關焦點

  • 月球被地球「潮汐鎖定」,那地球為什麼沒有被太陽「潮汐鎖定」?
    我們大家都知道在地球上,任何地方和時刻,我們只能看到月球的正面(月球一直朝向地球的一面),而不能看到月球的背面,這是由於月球繞地球公轉的周期和月球自身自轉的周期相同而導致的現象,在天文學當中把這種由於重力梯度使天體永遠以同一面對著另一個天體的現象稱為「潮汐鎖定」。
  • 月球已被地球潮汐鎖定,若地球也被太陽潮汐鎖定,會有哪些變化?
    以地球為例,地球自轉一周的時間約為24小時,也就是我們所說的一天,而地球圍繞太陽公轉一周約為365天,也就是我們所說的一年,地球的自轉是一種自主行為。但月亮就不同了,由於月球已經被地球潮汐鎖定,所以月球的自轉並不是自主行為,而是受地球引力控制的。正因如此,月球自轉一周的時間與其繞行地球公轉一周的時間是相等的。簡言之,月球上的一天和一年都等同於地球上的一個月。
  • 月球的引力會引起地球上的潮汐,那太陽也會嗎?
    誰說太陽不會引起地球上的潮汐?我們知道月球會引起地球上的潮汐,因此也算是一種自然現象,地球上出現的潮汐就是由地月吸引力引起的,地月吸引力使得地球巖石圈、水圈和大氣圈中會產生周期性的運動和變化,被稱為「潮汐」。然而,你知道嗎?距離地球遠得多的太陽也能對地球造成潮汐效應,許多人不明所以,太陽那麼遠怎麼會造成潮汐呢?而事實上太陽不僅影響地球的潮汐,它對潮汐的影響幾乎是月球的一半。
  • 月球被潮汐鎖定,地球只能看到其一面,未來地球會否也被太陽鎖定
    月球被潮汐鎖定,地球只能看到其一面,未來地球會否也被太陽鎖定?許多人有疑問,地球和太陽之間也有潮汐鎖定吧,為什麼地球不會只有一面對著太陽呢,太陽系裡那麼多行星及衛星,為什麼僅月球被潮汐鎖定在地球上只能看到其一面,這本身是不是巧合?
  • 因為潮汐鎖定,月球只有一面朝向地球,若地球被太陽鎖定會怎樣?
    當然,月球並不是從一開始就只有一面朝向地球的,導致月球自轉和公轉速度趨於一致的原因就是地球對月球的潮汐鎖定。在宇宙之中,兩個天體發生潮汐鎖定是一種很常見的現象,僅在太陽系之中就有很多這樣的例子。太陽系八大行星之中離太陽最近的水星就被太陽潮汐鎖定了。
  • 來自太陽和月球的禮物——太陽風和潮汐
    潮汐是由月球和太陽所施加的引力和地球自轉的綜合作用所引起的海平面上升和下降的一種自然現象。潮汐表可以用來尋找在任何給定地點潮汐的預測時間和振幅(或潮差)。這些預測受到許多因素的影響,包括太陽和月球的排列、潮汐的相位和振幅(深海中的潮汐模式)、海洋的無潮系統、海岸線的形狀和近岸水深測量(測深學)。
  • 地球海水潮汐的產生和月球總是一面朝著地球?潮汐鎖定
    圖1圖1中可以清楚的看到當月球運行到地球和太陽的中間時,稱為朔,由於太陽和月球引力對海水的引力,形成太陽潮和太陰潮,這時為大潮!當月球運行到地球的上側時,由於太陰潮和太陽潮的相互抵消,這是就是上旋小潮!
  • 地球潮汐是由月球引起的嗎?
    這句話只說對了一半,地球海洋潮汐的背後還有更複雜的科學原理。 月球的確會影響海水的狀態,但是這份力只有地球重力的千萬分之一。事實上,潮汐是重力在月球、地球和太陽之間相互作用的結果,而這更像是一種擠壓力,而不是牽引力。
  • 如果月球沒有被潮汐鎖定地球引力對月球造成的潮汐隆起是會移動的
    如果月球沒有被地球潮汐鎖定,地球引力在月球上造成的潮汐隆起是會移動的,這會在月球的內部造成摩擦轉換為內能,造成動能的消耗,嚴格來說在地球上看月亮是有一些輕微的震蕩的,在天文學裡這個現象叫做——天平動,這個是因為月球公轉軌道不是正圓以及月球的自轉軸和它圍繞地球的公轉面有傾角等原因造成的,這個不是潮汐力造成的震蕩。
  • 為什麼地球上看不到月球的背面?地球會被月球潮汐鎖定嗎?
    其實這就是月球圍繞地球公轉的時候慢慢的被地球潮汐鎖定。潮汐鎖定是如何發生的呢?潮汐鎖定是由於重力梯度而使天體永遠以同一面對著另一個天體。月球圍繞地球公轉的時候,由於受到地球的萬有引力,會使月球靠近地球一面和遠離地球一面受到的引力不同,月球會慢慢被拉成橢球體,這樣就會對月球的自轉產生阻力,於是月球自轉慢下來,直至公轉和自轉同步,也就是潮汐鎖定。
  • 地球會被太陽潮汐鎖定嗎?
    潮汐鎖定現象在天體中普遍存在,太陽系中就有不少的例子,例如,月球已經被地球潮汐鎖定,月球的自轉和公轉周期已經同步;而冥王星和卡戎則更極端,它們互相潮汐鎖定,它們的自轉周期與彼此繞行對方的公轉周期都達到同步。那麼,潮汐鎖定現象是如何產生的呢?
  • 為什麼海洋潮汐是由月球引力而不是太陽引力引發的?
    地球上的海潮是由月球的引力和太陽的引力共同引發的。一般來說並非太陽和月球引力的總強度引發了海潮,而是當它們作用在地球上時,不同點之間大小存在著差異(即產生了引力梯度),由此引發海潮。儘管太陽的體積比月球大得多、引力總和比月球的大,但是月球離地球近,所以其引力梯度比太陽的大。
  • 考慮月球影響,日月相合(日全食)時太陽引起的海洋潮汐計算分析
    考慮月球影響前提下太陽對地球上任意單位質量的引潮力分析 考慮月球影響後(不考慮地球自轉影響),太陽對地球引潮力計算將變得相當複雜,為了簡化分析計算,假設地月系內地月質量中心相互繞轉平面存在於地月系質量中心繞太陽公轉平面內,則地月系質量中心、地球質量中心、月球質量中心及太陽質量中心在同一平面內
  • 深度解讀月球對地球的潮汐作用,沒有它地球就無法演化出生命!
    在地球上,潮汐每天有規律地出現,那是個相互作用,引力的相互作用。當月球經過時,它拉動海洋,這時我們就看到了一個高潮位。海水潮汐是由太陽和月球的引力引起的,太陽和月球兩者吸引著地球造成了潮汐,但是月球比太陽要近得多,所以它的引力感覺要比太陽更強。
  • 潮汐——地球和月球的相互作用(圖)
    潮汐對於沿海沿江地區人民的生產和生活影響很大。人們在長期生產鬥爭實踐,積累了利用潮汐於航運、農田灌溉漁業、鹽業等方面的豐富經驗。潮汐儲藏著很大的能量,已被利用來建造潮汐電站發電,造福人類。     海水的漲落是有規律的。
  • 月球的自轉和潮汐現象
    月球距離地球平均38.4萬公裡,月球圍繞地球公轉的軌道也是橢圓的,月球距離地球最近是36.33公裡,最遠40.54公裡。太陽和地球得距離是月球和地球距離的400倍,而月球直徑是太陽的1/400,所以天上的太陽和月亮看起來一樣大。其實太陽比月亮大很多,太陽直徑是地球106倍,太陽體積是地球的130萬倍。
  • 冰火兩重天,假如地球被太陽潮汐鎖定了,會發生什麼?
    現在為你闡述如果地球被太陽潮汐鎖定將發生什麼?有沒有想過我們為什麼只能看見月球的一側?那是因為月球離地球太近以致月球面對我們的一側受到了地球更強的引力,且月球自轉一周的時間與饒地球公轉一周的時間一樣長,這就使月球被地球潮汐鎖定。
  • 月球總是一面對著地球,是因為害羞嗎?不,是因為潮汐鎖定
    地球的潮起潮落,月亮和太陽誰的作用大?大部分的科普文章中直接就說漲潮是月亮引力引起的,那麼為什麼不是太陽引力引起的呢?剛剛我們分析了日地系統的引潮力,其實地月系的引潮力原理相同,通過簡單的計算就可得知到底是太陽的影響大,還是月亮影響比較大。
  • 月亮引力對地球的影響更大,主要表現為潮汐,因為月亮離地球較近
    其實海水覆蓋海灘的面積每時每刻都在改變,而這就是我們常說的「潮汐」。牽動潮汐的主要力量則是月亮對地球的引力,其實宇宙中的每個物體之間都互相存在引力,距離越近,引力表現得越明顯。太陽和地球之間也存在引力,只不過太陽距離地球比較遠,相距一點五億千米,所以對潮汐的影響並不十分明顯。而月球距離地球三十七萬六千千米,對地球的引力就大得多了。
  • 若地球被太陽的潮汐鎖定,人類還會出現嗎?
    因為月球被地球的潮汐鎖定了,所以,月球的背面是永遠不會對著地球的,所以,多年來關於月球的「陰謀論」才會層出不窮,不多,在我國的嫦娥四號成功在月球背面著陸之後,很多人也就對此不再感到懷疑了。那麼,月球被潮汐鎖定了,它還會圍繞著地球運行嗎?