海洋潮汐的原理及周期

王天誉

摘 要：海水的竖直涨落称为潮汐。人类在远古时期就已经观察到了潮汐现象。直到牛顿发现万有引力定律后，才对潮汐现象作出了科学的解释。本文阐述了潮汐产生的原因，及其周期规律，希望对科学原理的普及作出些微的贡献。

关键词：潮汐;万有引力;引潮力;周期

人类对潮汐现象的研究由来已久。东汉时期，我国唯物主义哲学家王充在《论衡》一书中提到“涛之起也，随月盛衰，大小满损不齐同”。余道安《海潮图序》也提到“潮之涨落，海非增减，盖月之所临，则之往之”。北宋燕肃著《海潮论》，绘制《海潮图》。《海潮论》论述了海潮形成的原因。他指出，“日者众阳之母，阴生于阳，故潮附之于日也;月者，太阳之精，水者阴，故潮依之于月也。是故随日而应月，依阴而附阳。中国古人已经意识到潮汐现象与月球有关。在古代的西方，柏拉图认为地球与人一样，也会“呼吸”，潮汐现象是地球的呼吸作用产生的。在17世纪，牛顿发现了万有引力定律，并用引潮力解释了潮汐现象，得到了世界的认可。之后伯努利建立了潮汐静力学，拉普拉斯建立了潮汐的静力学。后来在达尔文和开尔文等开学家的努力下，形成了潮汐学。潮汐形成的原因还和其他因素有关，本文只考虑万有引力对海潮的影响。

一、潮汐形成的原理

我们假定地球表面全部被海水均匀覆盖。太阳和月球以及其他行星对地面的海水都有引力的作用。我们把天体对地面海水的引力称为引潮力。牛顿万有引力定律指出，物体之间的万有引力与两个物体质量的乘积成正比，与两者之间的距离成反比。月球质量虽然比太阳质量小的多，但是月球与地面海水的距离比较近，实际上月球对海水的引力最大，大约是太阳对海水引力的2倍。其他行星的引潮力要小得多，几乎可以忽略。

1.月引潮力对潮汐的影响

海水主要受到地球引力、月球引力和惯性离心力的作用。在这三种引力的作用下，地面海水的高度出现不同。在地球的近月点，月引潮力与海水惯性离心力同向，海水的涨幅最高。在地球的远月点，惯性离心力方向与月引潮力方向相反，由于惯性离心力的作用大于月引潮力的作用，海水还是会出现一个较大涨幅。我们把海潮的涨落的高度差称为潮差。地球远月点的潮差低，近月点潮差高。在地球近月点和远月点海水形成高潮。在垂直于地心月心连线的方向上，海水所受引力的合力几乎指向地心，海水被拉低，形成低潮。整个地球上的海水，形状类似纺锤体。

2.日引潮力对潮汐的影响

日引潮力大约是月引潮力的二分之一。日引潮力對海水的影响与月引潮力相似，但效果没有那么明显。海水受到太阳的引潮力指向太阳。在日地连线上，地球靠近太阳的一点，以及远离太阳的一点，海水在日引潮力的作用下会有两个凸起。而在日地连线的中垂线上海水比较低。在地球绕太阳运动过程中，地球与太阳之间的距离会发生变化，日引潮力的大小也会随着发生变化。近日点潮差比较大，远日点潮差比较小。

二、大潮与小潮

当日月地三者共线，月球位于日地之间时，日引潮力与月引潮力方向相同，合力较大，形成大潮，潮差最大;地球位于日月之间时，日引潮力与月引潮力方向相反，相互抵消，形成小潮，潮差较小。

1.潮汐的周期

潮汐的周期是一个复杂的课题，它与引潮力、流体阻力、水波震动、地形特点等因素有关。本文主要考虑潮汐周期与万有引力的关系。

2.半日潮

有些港口，海水每天涨落两次。早上称为“潮”，晚上称为“汐”。在月引潮力作用下，地球海水形成纺锤体状。由于地球的自转，地球绕月一昼夜经过两次高潮两次低潮。一次涨落经理的时间约为12小时25分钟。半日潮港口一般分布在低纬度地区。我国黄海、渤海、东海的多数港口为半日潮型，如青岛、厦门、大沽等。还有一些地区具备半日潮属性，但是周期不等，相差较大，我们称之为不正规半日潮。

3.全日潮

全日潮是指一个太阴日内，只有一起潮水的涨落。在半个月内，有连续7天出现全日潮，就可以成为全日潮型港口。全日潮的成因与共振有关，我国的北部湾地区是典型的全日潮区。还有一些地区，半个月内不足7天会出现全日潮，其余几天为半日潮，我们称之为不正规全日潮混合潮。

4.月潮

月球绕地公转的周期为27.3天，由于公转，地日月三者位置关系会发生变化。月球在一个自然月里面会经过一次大潮区，一次小潮区，形成月潮。

5.年潮

地球绕太阳公转的轨道也是一个椭圆，周期为一年。地球每年经过一次近日点，经过一次远日点。这样在近日点则会出现机大潮。例如我国钱塘江的怒潮。苏轼说：“八月十八潮，壮观天下无”。

结束语：潮汐作为一种循环往复的涨落现象，是太阳和月亮引潮力作用下的周期性运动，蕴含着丰富的能量，并与人类的社会生活产生着极其密切的关系。探索潮汐现象的成因以及周期规律，对于更好地开发和利用这一自然资源，充分服务航务交通、渔业、盐业、水产、军事等生产活动具有重要意义。作为新时代的学子，我们不仅要努力学习书本上的知识，更要有积极探索的精神，深入专研社会生活中蕴含的科学知识，为推进社会进步，实现国家的繁荣富强贡献自己的力量。

参考文献

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