月地互繞所造成地表的潮汐現象

在解釋「為什麼一天會有兩次漲潮」現象時,不可避免要提到月地互繞的情形。前陣子在推導引潮力的時候,突然對月地互繞時的離心力有點懷疑,感謝海大胡健驊教授很認真地畫圖為我解釋,於是我決定把推導過程做成一個簡報檔,希望提供給需要的老師或同學利用。

簡報中我是以「向心加速度」及「離心加速度」來取代「月球引力」與「離心力」,這是因為如果要用「力」來表示,方程式中就要再假設一個地表物體的質量,但如果老師還是認為用「力」比較好解釋,也可以直接修改簡報檔的文字與方程式即可。若老師上課不想提到方程式,那就可以直接用「月球引力」與「離心力」來解釋即可。

簡報檔中地球自轉的速度與月地互繞的速度明顯和現實不符(簡報檔中月地互繞一週期間,地球其實只自轉了三圈);月地質心位置有向月球方向誇大;還有向量箭頭的長度,也與實際大小比例不符(純示意)。以上與實際狀況不符合的地方,請老師使用時留意。

希望大家不吝多給我意見~

這個簡報檔歡迎非營利之教育用途使用,但請註明作者及出處,謝謝。

動態版本下載:請按這裡

另外附上一張由北極上空向下看地球自轉的動畫GIF圖檔,因為我在網路上找好久找不到這個角度又會自轉的地球,所以自己做了一個,原始圖檔是來自3D World Map的程式,並以Easy GIF Animator 4.7程式製作成動畫。

自轉的地球
自轉的地球

10 thoughts on “月地互繞所造成地表的潮汐現象

  1. The density of Jupiter is much larger than water, so the rock and water cant be deformed under different conditions. (Roche limit)

    The Earth’s centrifugal force causes the planet to bulge at the equator, but this centrifugal effect does not affect the tidal motion of the oceans (it does affect global ocean and atmospheric circulation patterns because of the Coriolis effect).

    The tidal force of the Moon is the only thing that affects “tides” on Earth. The centrifugal effect is not important. As the Earth spins (~30 times faster than the orbit of the Moon changes), different parts of the Earth are exposed to the pull of the Moon above, which causes the tides to have periods associated approximately with Earth’s spin rate (high tide every ~12 hours, since the Moon raises a tide with two, symmetric bulges on Earth). In reality, the situation is more complex, and the exact timing of high tide depends on the details of the ocean geometry.

    Thanks

  2. 你好,目前我們正接受教育部的委託製作高中生的地科數位教材,負責課程內容的專家老師希望能在潮汐的數位課程簡報中放入您所製作的”月地互繞所造成的現象”,

    在課堂上好藉由您的推演公式讓高中學子進一步了解潮汐的成因,
    我們亦會在簡報上標明原始作者或出處。

    想請問您願不願意將此簡報提供給我們?這部份還需要獲得您的首肯。

    謝謝

    1. 月地互繞時所造成每單位質量向心加速度的差異(離心力大小),與月球對地球的引力在靠近月球一面與遠離地球一面的所造成的引力差異,兩者大小相近(需要我幫你推導關係式嗎?)。

      雖然我不是很懂所謂「內聚強度」,但若是說組成彗星的冰雪內聚強度會比水大十萬倍,那我就不大相信了。

      況且以彗星被木星扯碎為例,並無法否定月地互繞所造成的引潮力啊?

      所以你說「即使地月系統沒有轉動,仍然會出現這現象(潮汐)」,那是沒錯;但你說「地月的互繞系統離心力恐怕影響不大」,我就不懂你的立論依據為何?

  3. 引潮力
    其實直接利用萬有引力
    平方反比定律展開就可以得到一項(term)
    力量大小和距離三次方成反比
    形式和普物課本當中電偶極的力量形式相同
    顯然來源相同
    它們都是因為受到力不一樣大造成拉扯的力
    即使地月系統沒有轉動
    仍然會出現這現象
    1994年Shoemaker彗星在撞上木星之前被木星引潮力拉扯碎裂
    就是一個例子
    地月的互繞系統離心力恐怕影響不大

    1. 月球對地球的引力在靠近月球一面與遠離地球一面的差異,可以用距離的不同計算出來沒錯。但月地互繞時所造成向心加速度的差異(離心力大小),和前述的作用力大小相近。也就是說靠近月球一面與遠離地球一面的距離差異與月地互繞所造成的效應,大致上各貢獻了一半的引潮力大小。因此我不是很能理解你所說「月地互繞效應可以忽略」的依據為何?

      木星的質量(2乘以10的27次方公斤)約為月球(7乘以10的22次方公斤)的三萬倍,Shoemaker-Levy 9彗星約在十一萬公里處被扯碎,約是月地距離(三十八萬公里)的四分之一。彗星大小(5公里)約是地球的二千分之一。

      計算出來月球對地球兩端所造成的引力差,約是木星造成Shoemaker-Levy 9彗星兩側引力差的十萬分之一。也就是說,當時木星以十萬倍大的引力差,在拉扯只有地球兩千分之一大的小彗星。

      這時候互不互繞確實就不重要了!!

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