潮汐研究课题
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课题:潮汐现象的研究结题报告
撰稿人:车永乘
指导老师:王笑卿
【摘要】
地球上的海水周期性涨落称为潮汐。潮汐主要是月球对海水的引力造成的。潮汐现象现象的特点是每昼夜有两次高潮,这就对应着下面的事实:在任何时刻,围绕地球的海面总体上有两个突起部分,大体来说,他们分别出现在地表你月球最近和最远的地方。太阳对海水的引力对潮汐现象的产生也有一定的作用,但比月球弱得多。
【关键词】
潮汐引力引潮力大潮小潮
一、课题提出的背景
如果说潮汐是月球引力造成的,那么海水在离月球最近的地方隆起,是可以理解的,而为什么离月球最远的地方的海水也隆起呢?如果说潮汐是由引力造成的,而太阳的质量比月球的质量约大27000000倍,而太阳到地球的距离的平方只比月球到地球的距离的平方约大150000倍,那么对同一位置的海水,太阳的引力似乎比月球要大180倍,而为什么月球对潮汐其主要作用呢?于是有必要进行调查研究以解决这些疑惑。
二、目的和意义
初步了解潮汐形成的原因和什么情况下出现大潮和小潮;初步解释为什么海水有两个突起;初步学习海水对潮汐起主要作用的原因。以形成对潮汐的初步认识,激发自身对科学的兴趣。
三、课题研究方法
参考文献
四、课题研究进程
(一)进行开题讨论;
(二)完成开题报告;
(三)各成员分别查找资料;
(四)进行交流讨论;
(五)撰写结题报告。
五、调查结果分析与结论
地球是有体积的,它的各部分与月球间距不同,因此受到的引力也不同,如下图所示,假设地球上有质量相等的四个点A、B、C、D、E(其中C 点位于地球质心)。
将A、B、C、D四处受力(用长箭头表示)分解为一个与C点相同的力(用长箭头表示)和另一个力FA、FB、FC、F (用短箭头表示),可见FA、FB 都是向内的,而FC、FD是向外的,那么如果A、B、C、D四处为海水的话,FA、FB、FC、FD表示的就是引潮力(可以理解为引起潮汐的那种力),在它们的作用下,离月球最近(E)和最远(D)的地方的海水隆起,A、B两处海水凹陷。
另外,如图,取直角坐标系,以O点为地心,X轴沿地月连线。
设a为地表某处海水和地心连线与X轴的夹角,月球的质量为M1,地表某处海水的质量为△M,地月距离为R1,地球半径为R2,引力常数为G,则:
引潮力沿X轴方向的分力为:FX=(2G· M1·△M· R COSa)/(R1·R1·R1)
沿Y轴方向的分力为:FY=-(G· M1·△M· R2·SINa)/(R1·R1·R1)可见,当a=0或180°时,即离月球最近(E)和最远(D)处,引潮力沿地球半径,并背离地心,且最大(沿X轴方向),这里的海水将形
成高峰;当a=90°或270°时,(即A,B两处),引潮力沿地球半径,并向着地心,且最大(沿Y轴方向),将形成低谷。因此随着地球的自转,一昼夜之间,两个高峰和低谷分别扫过海洋,形成高潮和低潮各两次,即潮汐现象。
并且,从上面两个式子可以看出引潮力与引发潮汐的星体质量成正比,与两个星体的距离的三次方成反比。于是可以计算得出月球对潮汐现象的作用大约是太阳的2.18倍,所以,月球对潮汐现象起主要作用。
同时查阅资料表明,在朔日和望日,月、地和太阳几乎在同一条直线上,太阳潮与月亮潮叠加,形成每月两次的大潮。在上弦和下弦时,月球和太阳的夹角约为90°,太阳潮将月亮潮抵消了一部分,形成了每月的小潮。
六、参考文献
高一《物理》课本,人民教育出版社;
新概念《高中物理读本》(第一册)第一版第一次印刷。