引力就是引潮力嗎?

引力就是引潮力嗎?

在寫這篇文章的開頭,我必須要先說,我是龍騰出版社的地球科學課本作者之一,而且最新版龍騰地科課本上冊中的引潮力敘述同樣有問題,所以我不是要藉此攻擊「同業」的課本,而是以一位地科老師的身分提出不同意見。

下圖一、二是泰宇103年版基礎地球科學上冊說明關於引潮力的頁面,上學期我曾經就圖4-22(b)中,南北極那兩個指向地心的箭頭提出疑問,當時我是以月球引力和月地互繞離心力相加的概念(如下圖三)來思考,認為南北極那兩個指向地心的箭頭太大而提出疑問。當作者回覆說這個圖沒有錯誤之後,我才再仔細閱讀一次這段課文和圖片,發現課本的錯誤遠比我想像中嚴重得多。

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圖一 泰宇103年版基礎地球科學上冊說明關於引潮力的頁面之一

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圖二 泰宇103年版基礎地球科學上冊說明關於引潮力的頁面之二

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圖三 月球引力和月地互繞離心力相加的概念圖

首先是課文的第一行指出,影響潮汐現象的原因主要是:月球引力、太陽引力和海底地形。原來月地互繞的效應根本就被排除在影響潮汐現象的主因之中,所以這本書接下來的討論內容,都是在不考慮月地互繞效應之下進行。雖然左側延伸閱讀有提到月地互繞,但第一行就說「有些書上說…」,這應該就意味著本書和其他書的解釋或看法並不相同。

看來泰宇的作者確實是要表達潮汐現象不需要考慮月球(以及太陽)和地球之間互繞的效應。

先不論這個前提是否正確,我們接著看課本後續的解釋。課文在第四段提到,在月地中心連線上,靠近月球的一側會有指向月球的引潮力,遠離月球的一側則會有背向月球的引潮力。沒有說明原因,只引了圖4-22(b)這個圖,那我們就來看看這個圖畫了甚麼。

首先圖4-22(a)畫了地球表面各處受到月球引力的大小與方向,因為地表各處與月球距離不等,所以引力有大小不同的差別。圖4-22(b)的圖說寫到「箭頭代表以地球中心為參考點,地球上各處所受到的引潮力。」嚴格來說,這兩個圖和課文一樣,沒有解釋原因。因為(a)圖寫的是引力,(b)圖寫的是引潮力,兩者並不相同。所以即使看了圖,還是無法得知引力和引潮力的關係究竟為何。

如果我從圖中「揣摩」作者的推理,圖4-22(b)的「…以地球中心為參考點…」會不會是意味著把圖4-22(a)中所有的受力大小與方向,等量減去地球中心的受力,然後得到下圖。以我淺薄的物理知識告訴我,力圖並不能重新選個參考點就等量減去某個值。所以結論就是,我仍舊搞不清楚這本書關於引力和引潮力之間關係的推理邏輯。

正常來說,必須要同時考慮月地互繞的效應,以及月球對地球的引力,才能夠推導出靠近月球的一側會有指向月球的引潮力,遠離月球的一側則會有背向月球的引潮力。更何況太陽對地球所造成的引力明明遠大於月球對地球,如果引潮力只受引力(和地形)影響,那我們應該主要討論太陽就可以,半日潮的週期就會是12小時而非12小時50分。

老實說,我不懂!

下圖四是龍騰103年版基礎地球科學上冊說明關於引潮力的頁面,文中第二段提到「…面對月球的部分會被月球的「萬有引力」吸高,但同時又會被地球繞著「地月質量中心」旋轉的「離心作用」在相反方向甩出堆高,這兩股力量的合力就叫做月球的引潮力。」同樣會讓學生誤解在面對月球的部分「只有」被月球的萬有引力吸高,而在相反方向甩出堆高的原因「只有」被地球繞著地月質量中心旋轉的離心作用。

(6)CH4(P88~P123) 21

可惜發現的時候國立編譯館已經審查通過,三年後才可以改…

4 thoughts on “引力就是引潮力嗎?

  1. 我想,小烏龜的意思是,因為人是待在地球上觀測的,所以不管人待在哪,都會因為固體地球幾乎沒有形變的情況下,感受到靠近月球、遠離月球的兩側受到+10、-10的兩個引力拉扯,使得海水「遠離」固體地球。

    我之前用泰宇版本課本時,也是這樣向學生解釋的。這樣學生比較容易想像。

  2. 我個人認為在教引潮力時,不需討論月地互繞的效應(當然有影響,不過就高中生來說可不管)。可先問同學,日地間引力大,還是月地間引力大。很多人會答錯。假想日、A、B、C三球,四者一線排列在一起,日給ABC的引力分別為:1000+5、1000、1000-5。而假想月、A、B、C三球,四者一線排列在一起,月給ABC的引力分別為:100+10、100、100-10。由此可看出,A、C兩球所受的引力”差異”較大的是月球造成的,所以地球兩側的海水就這麼被[拉開]了。這是「費曼的六堂物理課」這本書裡的講法,我還挺喜歡的,提供給您。

    1. 但地球是固體,地球受力變形和海水受力變形的幅度完全不同,如果只考慮引力,在固體地球幾乎沒有變形的狀況下,遠離月球那一側的海水應該還是會凹下去(被月球吸引),而非拱起來啊?
      更何況,兩個天體間僅考慮引力的時候,根本就會把彼此都吸引到一起去了,怎樣可以不考慮互繞,我實在無法理解。

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