课题研究 潮汐现象

课题研究 潮汐现象

很久以前，人们就注意到了大海有节律的潮起潮落，并把这一现象称为潮汐。有一副著名的对联，“海水朝朝朝朝朝朝朝落，浮云长长长长长长长消”它利用中国汉字一字多音多义的特点，描绘了这一变幻多姿的景色，使人产生无限遐想。

一、潮汐的形成

在大部分地区，潮汐一天涨落两次，称为半日潮。也有的地区一天涨落一次，称为全日潮。半日潮两次高潮之间的时间间隔约12小时25分。（根据这个数据猜测，潮汐现象与什么有关呢？）高潮时的最大高度减去地超市的最大高度称为潮差。世界各地的平均潮差约为1-3米。但也有些地方，如加拿大的芬迪湾，潮差可高达20米。

很早人们就开始寻求对潮汐节律性变化的解释，并注意到潮汐与月亮的关系，但不能做出深入的解释。直到牛顿发现万有引力定律，才在其巨著《自然哲学的数学原理》中解释了潮汐现象。法国天文家拉普拉斯在《天体力学》中进一步发展了牛顿的潮汐理论。目前，高速电子计算机的应用推进了潮汐预报技术，但仍没全面了解潮汐的过程。

查资料我们可知： 潮汐是由月球的吸引力造成的。潮汐是海水周期性涨落现象。因白天为朝，夜晚为夕，所以把白天出现的海水涨落称

为“潮”，夜晚出现的海水涨落称为“汐”。这种现象曾使古人很纳闷，不知究竟是什么原因造成的。后来细心的人们发现，潮汐每天都要推迟一会儿，而这一时间和月亮每天迟到的时间是一样的，因此想到潮汐和月球有着必然的联系。我国古代地理著作《山海经》中已提到潮汐与月球的关系，东汉时期王充在他所著的《论衡》一书中则明确指出：“涛之起也，随月升衰”。但是直到牛顿发现了万有引力定律，拉普拉斯才从数学上证明潮汐现象确实是由太阳和月亮、主要是月亮的引力造成的。

万有引力定律表明引力的大小和两个物体质量的乘积成正比，和它们之间的距离平方成反比。太阳对地球的引力比月球对地球的引力要强大得多，但太阳的引潮力却不到月球的1/2。这是怎么回事呢？原来引起海水涨落的引潮力（或称起潮力）虽然起因是太阳和月球的引力，但却又不是太阳和月球的绝对引力，而是被吸引物体所受到的引力和地心所受到的引力之差。引潮力和引潮天体的质量成正比，和该天体到地球的距离的立方成反比。因为太阳的质量是月球质量的2710X104倍，而日地间的平均距离是月地间平均距离的389倍，所以月球的引潮力是太阳的引潮力的2.17倍，因而从力学上证明潮汐确实主要由月球引起。打个比喻，如果某地潮水最高时有10米高，差不多7米是月球造成的，太阳的贡献只有3米，其他行星不足0.6毫米。

太阳的引潮力虽然不算太大，但能影响潮汐的大小。有时它和月球形成合力，相得益彰，有时是斥力，相互牵制抵消。在新月或满月时，太阳和月球在同一方向或正相反方向施加引力，产生高潮；但在上弦或下弦时，月球的引力作用对抗太阳的引力作用，产主低潮。其周期约半月。从一年看来，也同样有高低潮两次。春分和秋分时，如果地球、月球和太阳几乎在同一平面上，这时引潮力比其他各月都大，造成一年中春、秋两次高潮。此外，潮汐与月球和太阳离地球的远近也有关系。月球的公转轨道是个椭圆，大约每27.55天靠近地球和远离地球一次，近地潮要比远地潮大39％，当近地潮与高潮重合时，潮差特别大，若远地潮与低潮重合时，潮差就特别小。地球围绕太阳的公转轨道也是椭圆，在近日点太阳引力大，潮汐强，远日点，引力小，潮汐弱。

从一天看来，因地球自转和月球公转，潮汐波由东向西，沿周日运动的方向传播，一次潮汐涨落经历的时间是半个太阴日，即12小时25分，也就是所谓的半日潮，生活在海边上的人，每天都可以看到海水有规律地升落两次。白居易“旱潮才落晚潮来，一月周流六十回”的佳句便打此而来。 实际的潮汐还会受地理环境、海岸位置、洋流运动等诸多因素的制约。以钱塘江潮为例，我们知道，钱塘江口的杭州湾呈喇叭口状，越往里越窄，加之涨潮时带进的泥沙淤积在江底形成沙坎，从而造成潮势汹涌澎湃。

月球的引潮力不仅会在地球上产生海潮，还会引起大气潮。但是大气潮远没有海潮这样惊天动地，气势磅礴。又因为我们身在其中所以是很难察觉的。除此之外，引潮力还会使地球的本体，包括地表（大陆和洋底以下各部分）产生潮汐，这种潮汐称为固体潮，固体潮引起地表的起伏很小，只有用精密的仪器才能测出来，这可能对地球的引力场有细微影响。地球内部有一部分是液态的，因此那里也会产生潮汐，有人认为地球内部的潮汐是诱发地震的原因之一。

作用总是相对的，有作用力便有反作用力。月球对地球有引潮力，反过来，地球对月球同样也有引潮力。按理说，地球的质量比月球大80多倍，地球对月球的引潮力应是月球对地球引潮力的20多倍，然而，由于月球上没有水，所以地球的引潮力无法在月面上“兴风作浪”，但对月球的自转起了制动作用，使月球变成一颗同步自转的卫星，所以月球总以一面对着我们。而月球也通过与此相同的潮汐摩擦使地球自转变慢，使每日时间变长，同时地月之间的距离变大。 注：

大潮：在初一合十五月球的引潮力与太阳的引潮力，相叠加，形成大潮。

小潮：在初七、八和二十二、二十三，月球的引潮力减去太阳的引潮力，形成小潮。

二、潮汐的应用

古人曾用“来疑沧海尽成空，万面鼓声中”来形容钱塘江大潮这一奇观。在这壮丽的现象背后，隐藏着巨大的可以被开发的能量。在古代，我我国和西方的沿海居民都有用潮汐力碾磨谷物，切割木材的记载。随着科技的发展，现在潮汐能已经被用来发电。利用潮汐发电必须具备两个物理条件：首先潮汐的幅度必须大，至少要有几米；第二海岸地形必须能储蓄大量海水，并可进行土建工程。潮汐发电的工作原理与一般水力发电的原理是相近的，即在河口或海湾筑一条大坝，以形成天然水库，水轮发电机组就装在拦海大坝里。潮汐电站可以是单 水库或双水库。潮汐发电与水力发电的原理相似．即把潮水涨落产生的水位差的势能转化为机械能，再把机械能转变为电能。有人计算过，世界海洋潮汐能蕴藏量大约为27亿千瓦，如全部转化成电能，每年发电量大约为1.2万亿度。潮汐能不仅无污染，而且和海浪能、风能、太阳能这些再生能源相比还有其优势，潮汐能可以不间断地发电，而海浪能、风能、太阳能在较大程度上受气候的影响。因此，如何开发和利用潮汐的巨大能量已成为当前许多国家研究的课题。有媒体报道，2003年第一座商用水下潮汐能发电站在挪威并网发电，预计5年内将有10万人用上这种新能源。