潮汐现象

潮汐现象的应用

摘要：潮汐能是一种洁净无污染并且蕴藏量丰富的可再生新能源。我国幅员辽阔，但能源资源并不丰富，而且人均资源占有率极低。在有条件理由潮汐能的沿海地区，建设潮汐发电站不失为缓解能源危机的一种有效方案。本文通过分析潮汐现象的产生，介绍了潮汐的一些应用和开发潮汐能的重要意义，重点介绍了潮汐发电。在各种能源资源日益匮乏，环境污染日趋严重的今天，了解和探究像潮汐能这样的新型能源已经变得极为重要。

关键词：潮汐能 潮汐现象 潮汐应用 潮汐发电

“涛之起也，随月盛衰”指的就是自然界中的潮汐现象。潮汐天天发生，循环不已，永不停息，为人们的航海、捕捞和晒盐提供了方便。随着科学技术的进步，潮汐发电给人类带来了光明和动力。在满足用电需求的同时，降低石油等非再生资源的消耗，减少环境污染，开发新型环保电站迫在眉睫。我国至今开发的潮汐能不足可开发量的1‰，潮汐能作为一种清洁、可再生能源，开发潜力巨大。

一、潮汐现象

波涛汹涌的大海，在太阳和月亮万有引力的作用下，时而潮高百尺，时而悄然隐退,海水夜以继日、年复一年、有规律的起起落落，宛如大海在有节奏的进行“呼吸”，这就是人们常说的潮汐现象。

“潮者, 据朝来也；汐者, 言夕至也”( 葛洪,公元281-361,东晋),即一昼夜中两次涨起、两次跌落。白天上涨的叫做“潮”, 晚上上涨的叫做“汐”,合称“潮汐”。在潮汐涨落的期内, 当水位上涨到最高位置时, 叫做高潮;当水位下降到最低位置时, 叫做低潮。相邻高潮与低潮的水位差叫做潮差。从低潮到高潮的过程中,水位逐渐上升,叫做涨潮;从高潮到低潮的过程中, 水位逐渐下降, 叫做落潮。

二、潮汐的产生

地球在绕着太阳高速运动的同时，也绕着地球的轴在自转，所以地球是一个非惯性系。在非惯性系中，存在一个惯性力。随着地球的自转而旋转的海水，一方面受到惯性力的作用，同时也受到月球对海水的万有引力的作用。月球对海水的万有引力跟月球距海水的距离有关，致使月球对海水的引力不均匀，所以不同处海水受到的惯性力与月球对海水的万有引力的合力就不同。我们把海水的惯性力与月球对海水的万有引力的合力叫引潮力。同理，太阳对海水也存在着引潮力，只是太阳的引潮力没有乐器的引潮力大，。正是由于月球和太阳对海水的引潮力引起了海水的涨落，形成了潮汐现象。

Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．４６５　（ｓ）３．２０１４　．５６　物理教学探讨　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　第３２卷总第４６５期　

２０１４年第３期（上半月）　

豸　物理　垂　薹半日潮型潮汐现象的受力分析　

苏秋霞　，凌嘉骏　，张栖宁　，朱瑞兴　

１．上海师范大学数理学院，上海２００２３４　

２．广西钦州市第三高级中学．广西钦州５３５０３３　

摘　要：先不考虑地球自转对引潮力的影响．视地球与月球绕其共同质心转动．分析引起海洋潮汐的半日潮型现象　的原因和受力情况；然后在此基础上考虑地球自转的影响，简要讨论海洋潮汐中海水的动力学情况。　关键词：潮汐；引潮力；拉普拉斯潮汐方程　中图分类号：Ｇ６３３．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—６１４８（２０１４）３（ｓ）一００５６—３　

１　潮汐的定义　

潮汐是地球上的海洋表面受到太阳和月球　

的潮汐力作用而引起的周期性涨落现象。引潮力　

或潮汐力是万有引力的作用效果，是潮汐现象产　

生的根本原因。影响潮汐的其它因素包括地球与　

太阳的引力、地轴的倾斜、月球轨道的倾角和地　球与月球轨道的椭圆形状。　

２　关于潮汐　我国古代就有“昼涨称潮，夜涨称汐”的说　法。人们很早就认识到潮汐现象有这样一个特　

点，即每昼夜有两次涨起两次跌落。因此，在同一　

时刻．围绕地球的海平面总有两个突起的部分，　

在理想的情况下，它们分别出现在地表离月球最　

近和最远的地方。随着科学的不断发展，以及对　潮汐现象的不断观察．使人们对引起潮汐现象的　

真正原因有了更深入的认识。比如，我国古代余　

道安在他著的《海潮图序》一书中说：“潮之涨落，　海非增减，盖月之所临，则之往从之”。哲学家王　

充在《论衡》中写道：“涛之起也，随月盛衰”，指出　

了潮汐跟月亮有关系。　ｌ７世纪８０年代，英国科学家牛顿发现了万　有引力定律。根据万有引力定律，牛顿计算出太　

阳和月球对海水的吸引所造成的引潮力。奠定了　

引潮力最初的理论。牛顿的理论采用的是拉普拉　

课题探究：潮汐现象

一. 潮汐现象

凡是到过海边的人们，都会看到海水有一种周期性的涨落现象：到了一定时间，海水推波逐澜，迅猛上涨，达到高潮；过后一些时间，上涨的海水又自行退去，留下一片沙滩，出现低潮。如此循环重复，永不停息。海水的这种运动现象就是潮汐。法国文学称之为“大海的呼吸”。 潮汐现象的特点是每昼夜有两次高潮，而不是一次,“昼涨称潮，夜涨称汐”。简而言之“潮”指白天海水上涨，“汐”指晚上海水上涨，不过通常我们往往将潮和汐都叫做“潮”。

潮汐现象是指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面铅直向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。

涨潮时潮位不断增高，达到一定的高度以后，潮位短时间内不涨也不退，称之为平潮，平潮的中间时刻称为高潮时。平潮的持续时间各地有所不同，可从几分钟到几十分钟不等。平潮过后，潮位开始下降。当潮位退到最低的时候，与平潮情况类似，也发生潮位不退不涨的现象，叫做停潮，其中间时刻为低潮时。停潮过后潮位又开始上涨，如此周而复始地运动着。从低潮时到高潮时的时间间隔叫做涨潮时，从高潮时到低潮时的时间间隔则称为落潮时。一般来说，在许多地方涨潮时和落潮时并不一样长。海面上涨到最高位置时的高度叫做高潮高，下降到最低位置时的高度叫低潮高，相邻的高潮高与低潮高之差叫潮差。

从各地的潮汐观测曲线可以看出，无论是涨、落潮时，还是潮高、潮差都呈现出周期性的变化，根据潮汐涨落的周期和潮差的情况，可以把潮汐大体分为如下的4种类型：

1.正规半日潮在一个太阴日(约24时50分)内，有两次高潮和两次低潮，从高潮到低潮和从低潮到高潮的潮差几乎相等，这类潮汐就叫做正规半日潮。

2.不正规半日潮在一个朔望月中的大多数日子里，每个太阴日内一般可有两次高潮和两次低潮；但有少数日子(当月赤纬较大的时候)，第二次高潮很小，半日潮特征就不显著，这类潮汐就叫做不正规半日潮。

“潮汐”现象的探究

潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。

一、定义分类

作为完整的潮汐科学，其研究对象应将地潮、海潮和气潮作为一个统一的整体，但由于海潮现象十分明显，且与人们的生活、经济活动、交通运输等关系密切，因而习惯上将潮汐（tide）一词狭义理解为海洋潮汐。

固体地球在日、月引潮力作用下引起的弹性-塑性形变，称固体潮汐，简称固体潮或地潮。

海水在日、月引潮力作用下引起的海面周期性的升降、涨落与进退，称海洋潮汐，简称海潮。

大气各要素（如气压场、大气风场、地球磁场等）受引潮力的作用而产生的周期性变化（如8、12、24小时）称大气潮汐，简称气潮。

其中由太阳引起的大气潮汐称太阳潮，由月球引起的称月球潮汐。

二、形成原因

潮汐力：潮汐力是万有引力的效果，它使得潮汐发生。它就是万有引力的微小差别所引起的作用。更严格地说，是万有引力与惯性离心力的差值，它源於在一个星体的直径上各点的引力场不相等。当引力源对物体产生力的作用时，由于物体上各点到引力源距离不等，所以受到引力大小不同，从而产生引力差，对物体产生撕扯效果，这种引力差就是潮汐力 【参见洛希极限】 （洛希极限：行星与其卫星间的最小可能距离。小于这一距离时，行星对卫星的潮汐作用将造成卫星解体。也常用于双星系统。因法国天文学家洛希首先求得而得名。 ）

对于月球与地球的关系而言，月球对于地球表面的不同地点的引力是有差别的。这个差别导致了地球上的不同地点向月球有不同的降落速度，于是地球因此发生了变形，由正球体变成了长球体（在地月连线的方向被拉长）。又加之地球的自转和月球的公转，因此，地球上的海水就发生了周期性的升降现象 。

潮汐力会改变天体的形状而不改变其体积。地球的每部分都受到月球的引力影响而加速，在地球的观察者因此看到海洋内的水不断重新分布。关于潮汐力产生的原因有人提出了新的观点，内容摘要如下：地球既进行自转又进行公转，并且自转和公转的方向相同，那么地球面向太阳的部分绕太阳运动的速度就是公转速度减去自转速度，速度变小，离心力变小，太阳对它的吸引力大于它绕太阳运动的离心力，所以会隆起；地球背离太阳的部分绕太阳运动的速度是公转速度加上自转速度，速度变大，离心力变大，它绕太阳运动的离心力大于太阳对它的吸引力，所以也会隆起，这就形成了太阳潮。 由于月亮的存在，地月质心偏离了地球中心，地月质心对地球上的物质来说犹如椭圆轨道的一个焦点，地球在自转时地球和月亮的共同作用迫使地球上的物质向椭圆轨道发展，所以在地球面向月亮和背离月亮的部分都会隆起，这就形成了太阴潮。