钱塘一望浪波连,
顷刻狂澜横眼前;
看似平常江水里,
蕴藏能量可惊天。
这是我国当代诗人余亚飞写的《观钱塘江潮》中的诗句,写出了钱塘江大潮的气势磅礴,确实,钱塘江大潮是世界名潮,当潮流涌来时,像一幕水墙横在眼前,一浪高过一浪,十分壮观,每年的农历八月十八日是观潮的最佳时间,自唐宋时期,就有了观钱塘江潮的习俗,说到这儿,我们不免要问一句,这么大的潮水,其中得蕴含多么大的能量呀?这些能量哪儿来的呢?
“潮汐”就是海水的周期性涨落现象,一般是每天涨落两次,白天称为潮、晚上称为汐,合在一起就称为“潮汐”。
关于潮汐的形成,我们可以从“牛顿的引力理论”和爱因斯坦的“广义相对论”来进行解释!由于造成潮汐现象的主要原因是月球,其次才是太阳,所以为了描述方便,本文主要从月球的角度来进行讨论,道理都是相通的。
首先,我们先来看看如何用牛顿的引力理论来解释潮汐现象!根据牛顿万有引力的计算公式
万有引力定律
两物体之间的引力大小与物体质量和它们之间的距离有关,因为质量不会随着物体位置的改变而改变,所以引力的大小就取决于两物体之间的距离,距离越大、引力越小。跟电场和磁场一样,我们可以认为引力是通过引力场来传递的,将万有引力公式中的m去掉,就可以得到引力场强度的计算公式:
引力场强度公式
通过公式我们发现:地球周围的引力场分布是不均匀的,离地心越远,物体受到的引力就越弱、重力也就越小;引力场强度的变化与中心天体的质量和两物体之间的距离有关、这个距离又与中心天体的体积有关(综合起来就是和中心天体的质量密度有关),中心天体质量密度越大,引力场强度变化越明显!
而根据重力计算公式G=mg可知,如果物体所受的重力减小,因为质量不变,所以它的重力加速度就会减小!
总结为一句简单的话说就是:高度越高、重力加速度越小。
下面我们需要思考一个思想实验:
我们蹦极的时候,可以认为是在空中做自由落体运动。因为蹦极时我们是头朝下、脚朝上。所以,我们的头部距离地心近、受到的引力大、重力加速度大;而脚因为距离地心较远、受到的引力就小、重力加速度也小。
蹦极
所以会导致人的头和脚的运动速度不一样,人就会有被拉断的趋势!
由于我们的头和脚与地面的距离不同,从而了导致引力的不同、重力加速度不同、下落速度不同,由此产生的这种好像要被拉断的趋势,就是“潮汐力”!只不过地球的引力场强度变化不明显,“潮汐力”太弱,我们感受不到罢了!可是如果你出现在黑洞附近,并且脚离黑洞更近,拉扯脚的引力会比拉扯头的引力更大,在还未到达视界之前,这个“潮汐力”就会将你撕裂!
如果你从引力场强度不均匀的角度理解了“潮汐力”,下面这个思维实验可能会让你对潮汐现象有一个更加深刻地认识!
假设在一个竖直平面内有8个小球,它们构成了一个圆。