海水為什麼不會往下掉?
在古代,中國人認為「天圓地方」,人們認為人類之所以不會掉到下面去,是因為人類站在地球的上方。
後來,哥倫布環遊世界,證明了地球是圓的,但隨之而來的是,既然地球是圓的,那在地球另一邊的海水和人為什麼不會掉下來呢?
牛頓曾今思考過類似的問題,那就是:熟透的蘋果為什麼不會落到天上,而是會掉落到地上?(真實性有待考證)
後來,牛頓發現了萬有引力定律,該定律的意思是說:任何兩個物體彼此之間都有引力,而引力的大小和物體的之間距離的平方成反比。
比如:地球和太陽都有引力,之所以是地球圍繞著太陽轉動,是因為地球的質量較小,而太陽的質量較大。根據萬有引力定律,海水之所以不會往下掉,是因為地球的引力束縛著海水乖乖地待在地面上。
而且,力是有方向的,地球的引力方向指向地球的內部,所以無論生活在地球的「上面」,還是地球的「下面」,都不會掉落到宇宙中。
為什麼有潮汐變化?
如果地球的引力真的很強的話,為什麼海水還會掀起滔天巨浪呢?
實際上,這也和牛頓的萬有引力有關,我們知道,宇宙中並不只有地球一個天體,還有月亮、太陽、木星等各種天體。這些天體質量都非常大,它們的引力也非常大,地球上的物體也會受這些因素的影響。
根據牛頓的萬有引力我們知道,引力的大小和物體的質量成正比,物體的質量越大,引力也越大;但引力的大小和距離的平方成反比,物體之間的距離越遠,引力就越小。
也就是說,雖然太陽的質量更大,但由於太陽離地球的位置較遠,所以地球能夠受到太陽的引力有限;雖然月球的質量相對而言較小,但它離地球更近,所以地球上的海水還受月球引力的影響。
之所以海水更容易受影響,是因為海水是液態的,更容易受力的影響而發生形變。
月球是地球的衛星,圍繞著地球轉動,當月球在轉動時,海水會湧進靠近月亮的地方,從而形成高潮;而在靠近月亮的另一端,由於潮汐力作用,海水也會匯聚,所以地球同時會有兩處高潮;而在兩個高潮之間,就是低潮。
隨著月球的轉動,高潮位置不同變動,所以海水會不停的形成高潮、退潮以及在別處形成高潮。這也造成了地球上海水的潮汐變化。
而地球的潮汐變化,又拖慢了地球的自轉速度。海水受到月亮引力作用下,會相互碰撞以及與海岸線相互拍打,這個過程中地球的動能會以熱量的方式向外界散發。
這就造成了地球自轉速度在逐漸變慢,據研究發現,地球在剛形成之初,自轉一圈的速度時8小時,在恐龍時期自轉一圈的速度時20個小時,而現在自轉一圈的速度時24小時。
如果地球歷史足夠長,或許有一天月亮能夠利用自己的引力,將地球潮汐鎖定,到那個時候,地球自轉一圈的速度則是一個月,在宇宙中,主星與衛星相互潮汐鎖定的案例並不罕見。
海水能擺脫地球的引力嗎?
如果有一天,月亮靠近地球,海水會掉入到月球上去嗎?
事實上,如果有一天,月亮越來越靠近地球,由於距離的縮短,所引發的潮汐力變強,地球上的海水會形成超強海嘯,甚至能淹沒大多數沿海城市。
但是,月亮不能無限度的靠近地球,因為地球對月亮同樣也具有潮汐力,如果月亮足夠靠近地球,可能會被撕碎。根據萬有引力公式,我們知道,距離越近,地球對月球的引力越大,而月有兩個距離,一個是靠近地球的距離,一個是月球背面的距離,我們把其中一個命名為R1,另一邊命名為R2。
當月球逐漸靠近地球時,靠近地球的一段受到的引力會變大,而另一端由於距離距離較遠,所以受到的引力,沒有靠近地球的一段大。
就這樣,在月球逐漸靠近的過程中,月球兩端受到的引力大小的差距越來越大,直到地球把月球撕碎。
也就是說,海洋上的水還沒有掉入月球表面,月球變已經被地球撕碎,撕碎後的物質可能會在地球引力作用下,逐漸降落到地球表面(也有可能形成一個小型的新衛星)。當然,這裡多說一句,實際上,是在遠離地球的,而不是在靠近地球的,只是遠離的程度非常小,所以我們感受不到它在遠離地球。
總結
地球上的海水之所以不會掉落,是因為地球引力的作用。
引力的大小和物體的質量呈正相關,和物體的距離的平方呈負相關,所以海水主要受地球引力影響,不會在別的引力作用下,飄向太空。