[科普中國]-潮汐摩擦

定義

潮汐包括陸潮，氣潮和海潮，而以海潮最為顯著。海洋水體在月球的引潮力作用下(太陽的引潮力僅為月球?qū)Φ厍蛞绷Φ?/2．2，故作用很小)，產(chǎn)生潮汐變形，由于內(nèi)摩擦的作用，地球潮汐形變的產(chǎn)生需要一段延遲的過程，這就是所謂潮汐摩擦。潮汐摩擦的延遲作用將產(chǎn)生一種與地球自轉(zhuǎn)方向相反的力偶，因而使地球自轉(zhuǎn)減慢。早在1754年德國古典哲學家康德就提出過這個理論。經(jīng)過對古代日食紀錄的研究表明地球自轉(zhuǎn)周期每個世紀變長1—2毫秒。通過對珊瑚化石生長線的研究，得知三億七千萬年前每年約有400天，這是由于長期潮汐摩擦作用使地球自轉(zhuǎn)變慢的證明。另外，地球自轉(zhuǎn)速度不均勻的周期性變化，如春季長o．001秒，秋季短o．001秒，上半年慢0．03秒，下半年快0．03秒，也和潮汐摩擦有關(guān)。2

原理地球水體受日月引力而發(fā)生潮汐。月球質(zhì)量雖然比太陽質(zhì)量小得多，但離地球近，對地球的引力比太陽大。由于淺海區(qū)海岸對潮水的摩擦阻力作用，潮水上升要滯后一段時間，于是潮汐凸出部分受日月引力牽制，產(chǎn)生同地球自轉(zhuǎn)方向相反的力矩，對地球自轉(zhuǎn)起“剎車”作用，使地球自轉(zhuǎn)速度逐漸減慢。它所帶來的后果有：①日的變長，約每百年為千分之一點七秒；②月的變長，地球自轉(zhuǎn)變慢，其角動量必減小，但不消失，而使月球繞地球公轉(zhuǎn)的角動量增加，即月球軌道增大，公轉(zhuǎn)周期增長，月的時間變長。3

相關(guān)辯論在恩格斯看來，潮汐摩擦問題實際上包含著兩個問題：潮汐問題和潮汐的摩擦問題。前者注重潮汐現(xiàn)象被引起的原因，后者注重潮汐所引起的摩擦即重點在摩擦問題上。關(guān)于潮汐問題，對于它產(chǎn)生的原因古代人就有不少天才的猜測。但只是到了牛頓的經(jīng)典力學的創(chuàng)立才第一次科學地說明了潮汐現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

牛頓1687年，牛頓在其《自然哲學之數(shù)學原理》一書中，運用他所發(fā)表的萬有引力定律解釋了引起潮汐現(xiàn)象的原因，他認為：“海洋之潮漲潮落，系由太陽及月球之影響?！迸ｎD把這一結(jié)論作為一個定理，并通過萬有引力定律給予了證明。同時又運用萬有引力定律計算出地球上的海水每一晝夜有兩次漲潮和兩次落潮，并且由于太陽與月球同地球之間距離的遠近程度不同和相關(guān)位置不同來確定某一地區(qū)的最大潮和最小潮的發(fā)生時間。

康德康德也探討過潮汐的起因問題，但那是在應普魯士王家科學院1754年的懸賞征文中闡述了自己的觀點?？档略凇秾Φ厍驈钠渥畛跎傻臅r期起在其引起日夜更替的自轉(zhuǎn)中是否發(fā)生過若干變化和怎樣才能證實這種變化的問題的研究》（1754年）的論文中，提出了一個新的見解，這就是恩格斯所指出的“地球自轉(zhuǎn)因潮汐摩擦而逐漸遲緩”?？档抡J為：“確實存在著外在的原因，而且是這樣一個外在的原因，它使地球的運動逐漸減弱，并且在不可計量的長時期中，甚至會消滅地球的轉(zhuǎn)動?！?/p>

恩格斯但卻是恩格斯運用辯證法和運動形式轉(zhuǎn)化的思想，揭示出地球自轉(zhuǎn)減慢的根本原因在于潮汐摩擦。這就是說，地球表面含有大量的海水，它在月球引力的影響下產(chǎn)生地球上的潮汐摩擦作用。正是由于潮汐摩擦反抗著地球的自轉(zhuǎn)，消耗掉無法補償?shù)倪\動量，這樣經(jīng)過長期的積累過程必然會使地球自轉(zhuǎn)逐漸變慢。進入20世紀以來，由于科學的飛速發(fā)展，潮汐理論的不斷完善，進一步說明恩格斯關(guān)于潮汐摩擦的基本觀點的正確性，再次表明以辯證法的觀點指導自然科學的研究多么的必要。4

潮汐進化學說潮汐經(jīng)常伴隨著潮流，因為摩擦以及與海底之間的摩撩而失去能量。但鬧汐是一種長波現(xiàn)象，所以潮流的速度在垂直方向上變化不大。因而可以認為內(nèi)摩擦要小于海底摩擦。泰勒(G．I．Taylor)等人認為，這種海底摩擦的大小，與其上層流速的平方成正比。潮流一般是淺處要比深處顯著，因此潮汐摩擦在淺水區(qū)域要遠大于深水區(qū)域。杰弗里斯(H．Jeffreys)根據(jù)這種假定，計算了全世界由于海底摩擦所引起的能量損失，結(jié)果為：大潮時每秒22× 爾格。如果這種潮汐摩擦作用發(fā)生于港灣內(nèi)，那么就要使潮汐失去能量，潮差減小，同時潮波失去駐波性質(zhì)，而接近于前進波。并且，這種潮汐摩擦不斷作用于地球，使地球自轉(zhuǎn)速度變慢。作為其反作用，則是使月球公轉(zhuǎn)速度加快，遠離地球。達爾文基于這一事實，說明了月球離開地球，逐漸遠離地球，直到現(xiàn)在的過程，提出了著名的潮汐進化學說。他還認為，每秒必需要向月球提供1．4× 爾格的能量，月球才能得到現(xiàn)在的加速度。這結(jié)果與杰弗里斯通過潮汐摩擦算出的值大致相同。5