ch11
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潮汐重要观点:潮汐是海面高度的短周期变化,是由引力和惯性产生的强迫波。
平衡潮理论是通过分析使地球围绕太阳旋转、月球围绕地球旋转的各种力的作用和平衡来解释潮汐。
潮汐动力学理论考虑了海底摩擦、水的黏性和潮波惯性。
平衡潮理论和潮汐动力学理论使提前几年预报潮汐成为可能。
潮汐能可以用来发电。
11.1 潮波是所有海洋波中波长最长的某一地点的潮汐是由月球和太阳万有引力、地球运动和海水惯性共同作用产生的海面短周期性变化(例如图11.1)。
由于其波长等于地球周长的一半,潮汐是所有海洋波中波长最长的。
不像我们见到的其它波,这些巨大的浅水波从来没有脱离产生它们的作用力,因而被称为强迫波。
风浪、假潮和海啸波形成后就成为自由波,即它们受到产生它们的力作用,不需要外力维持它们运行。
大约公元前300年希腊航海家和探险家皮西亚斯首次记述了潮高和月球位置的关系,但到牛顿的万有引力分析后人们才完全理解了潮汐。
艾萨克•牛顿1687年杰出的著作《自然哲学的数学原理》描述了行星、卫星和其它物体在万有引力场中的运动。
一个重要发现是:两个物体间的万有引力与它们的质量成正比,但与它们间距离的平方成反比。
这意味着重的物体间的相互吸引强于轻的物体间的相互吸引,万有引力随着距离的增大迅速减弱。
这种关系可以用下式表示: )(221rm m G F =, 这里F 是万有引力,G 是万有引力常数,1m 和2m 是两个物体的质量,r 是它们中心间的距离。
我们可以用这个方程计算太阳和地球或月球和地球间的万有引力。
尽管潮汐主要是由月球和太阳对地球万有引力的合力产生的,但实际产生潮汐的力是与地球中心和天体(月球或太阳)之间的距离的三次方成反比。
因而距离在这个关系中更重要,引潮力可表示为:)(321rm m G T =, 这里T 表示引潮力。
太阳质量是月球的2千7百万倍,但太阳离地球的距离是月球离地球距离的387倍,因此太阳对潮汐的影响只有月球的46%。
我们将看到,牛顿的潮汐万有引力模型即平衡潮理论,主要涉及到地点和地球、月球和太阳的引力,并没有考虑水深和陆地的位置对潮汐的作用。