2.惯性离心力的性质
1)地球绕公共质心的平动运动 一个作平动的物体,在运动过程中,该物体上任何两确定点的连线,必须始终保持平行,平动不只限于物体作直线运动,也可以做圆运动。要满足既是圆运动又是平动的重要条件是物体各点不能同时围绕某一点作圆运动,即各点必须以相同半径围绕各自的中心作圆周运动。
2)作用在地球上各点的惯性离心力 依离心力的公式可知,离心的大小与物体的质量、速度的平方成正比,与半径成反比。在质量和角速度相等时,由于地球上各点均作以0.73r为半径的圆运动,因此惯性力的大小必相等。如果地球不作平动,月球的引力将会把地球吸引过去,但实际情况并不如此。因此,可以料想在地心处必存在一个与地球引力大小相等,方向相反的力,这就是地心点所受的惯性离心力。如果以fE表示月球对地心单位质量物体的引力,则:
fE即是地心点所受的惯性离心力。
由于地月公共质心一定位于地心和月心连线上,而且地心以0.73r为半径绕公共质心作圆周运动,因此地心所受的惯性离心力的方向是背离月球的,即与地心点引力方向相反。地球上其它各点在平动时都作同步的圆周运动,所以各点的惯性离心力均和地心点所受的惯性离心力方向成平行,而且方向也背离月球。
3.引潮力的性质 地球各地点的引潮力,一方面决定于月球和太阳对地球的引力,另一方面决定于地球绕地月公共质心运动时所产生的惯性离心力。地球上各地点的离心力大小皆相等,但各地点的引力是不同的,因此,各地的引潮力也有差别。如图4-27所示,在月球直射点A,因距月球最近,引力最大,引力大于离心力,两力合成的结果使海水上涨,涨潮方向与月球引力方向一致,故称为顺潮;在B点,因距离月球最远,引力最小,离心力大于引力,两力合成的结果也使海水上涨,但涨潮方向与月球引力方向相反,故称为对潮;在C、D两点,引力和离心力合成的结果,将产生落潮,因而形成潮汐椭圆。各点引潮力的大小和方向,可按下式推求。
式中,r为地球半径;θ为天顶距。
同理,也可以写出太阳任一点引潮力:
式中,S为太阳质量;R′为地心到太阳中心平均距离。
我们可以比较太阳引潮力与月球引潮力大小:
因S=333400E,R′=23484r,E=81.5M,R=60.3r,所以
Fv=2.17F′v (4-29)
就是说,月球的引潮力是太阳引潮力的2.17倍。因此在近似地讨论潮汐现象时,仅用月球引潮力,而忽略太阳引潮力。
由上式可知,引潮力的大小与天体的质量成正比,与地球和天体间距离的三次方成反比。一般说来,地球表面各点所受引潮力大小不同,但对同一天体来说,在上中天或下中天时刻地球潮汐现象有近似对称性。