2.14 潮汐的成因

侯工

潮汐是指地球上的海水、大气和地壳等发生周期涨落变化的现象，主要表现在海水的涨落上——白天为潮，夜晚为汐。每月的农历初一至初五（或农历十六至二十）为大潮汐；农历初六至十二（或农历二十一至农历二十五）为小潮汐；而初九或二十四为最小潮汐。每天的潮汐时间均后延48分钟左右，如此周而复始。

一般人以为引起潮汐的原因主要是月球对海水的引力，其实这是错误的。

大话怕计数。下面通过计算来说明：

海水所受的力有：（1）结构力；（2）太阳引力；（3）月球引力；（4）膨胀力；（5）重力；（6）离心力。

由于（1）和（5）即结构力和重力互相对消，所以结构力不予考虑。

假设海水质量为m海，

一，太阳质量m日= 1.98×10^30kg，太阳到地球平均距离r1=1.496×10^11m.

根据万有引力公式，则有太阳对海水的引力

F日=Gm日m海/r1^2(G=6.67×10^-11 N·m^2/kg^2)

=m海×6.67×10^-11×1.98×10^30/(1.496×10^11)^2

=5.901×10^-3m海

二，月球质量m月=7.348×10^22kg，

地月距离r2=3.844×10^8米

则有月球对海水的引力

F月=Gm月m海/r2^2

=m海×6.67×10^-11×7.348×10^22/(3.844×10^8)^2

=3.3169×10^-5m海

三，离心力=m海(v^2)/r（v为赤道线速度=465.18m/s地球半径r=6.3781*10^6m）

=3.3927×10^-2m海

离心力使赤道附近的海水均匀加厚，从而增大潮汐的强度。

四，重力=m海g=9.8m海

由上可见：重力最大，使海水吸附在地球上；其次是离心力，但由于它是均匀分布的，不会产生周期起落；

太阳引力除以月球引力：

5.901×10^-3m海/3.3169×10^-5m海=178(倍)

太阳引力是月球引力的178倍，是产生潮汐的主因。

为什么每天潮汐推迟48分钟？

——潮汐是太阳和月球引力的共同作用的结果。一年365天，1月365/12=30.42天。月球一月为27.32天。每月月球慢3.1天=4464分钟，每天慢4464/30.42=147分钟，但是由于太阳是主力，两者共同作用，所以每天只慢48分钟。

既然潮汐是太阳和月球引力的共同作用的结果，似乎地球只有向阳一面有潮，为什么地球背面有汐呢？

——这是因为地球背面有膨胀力。膨胀力等于万有引力，方向与万有引力相反。

为什么每月的农历初一至初五（或农历十六至二十）为大潮汐；农历初六至十二（或农历二十一至农历二十五）为小潮汐；而初九或二十四为最小潮汐？

——因为每月的农历初一至初五月球和太阳在地球的同一侧，农历十六至二十月球和太阳分别在地球的相对两侧，其合引力都是两者之和。农历初六至十二（或农历二十一至农历二十五）月球分别在垂直于日地连线的两侧，两者合力较小，所以为小潮汐，而初九或二十四月球正好在垂直于日地连线的两侧，所以为最小潮汐。

为什么月球引力不大，却能够兴风作浪呢？太阳引力、膨胀力、重力和离心力是潮汐的基础。月球引力是在这个基础打破太阳引力、离心力和膨胀力的平衡状态，这好比是压死骆驼的最后一根稻草，因而不需很大力就可掀起大浪了，如果碰上特殊地形，甚至会形成滔天大潮，如钱塘江大潮、亚马逊大潮、恒河大潮等。

综上所述，潮汐是太阳引力、月球引力、膨胀力、重力和离心力共同作用的结果，其中的膨胀力往往被忽视，如果没有膨胀力，只有潮没有汐。