[科普中国]-潮汐摩擦

定义

潮汐包括陆潮，气潮和海潮，而以海潮最为显著。海洋水体在月球的引潮力作用下(太阳的引潮力仅为月球对地球引潮力的1/2．2，故作用很小)，产生潮汐变形，由于内摩擦的作用，地球潮汐形变的产生需要一段延迟的过程，这就是所谓潮汐摩擦。潮汐摩擦的延迟作用将产生一种与地球自转方向相反的力偶，因而使地球自转减慢。早在1754年德国古典哲学家康德就提出过这个理论。经过对古代日食纪录的研究表明地球自转周期每个世纪变长1—2毫秒。通过对珊瑚化石生长线的研究，得知三亿七千万年前每年约有400天，这是由于长期潮汐摩擦作用使地球自转变慢的证明。另外，地球自转速度不均匀的周期性变化，如春季长o．001秒，秋季短o．001秒，上半年慢0．03秒，下半年快0．03秒，也和潮汐摩擦有关。2

原理地球水体受日月引力而发生潮汐。月球质量虽然比太阳质量小得多，但离地球近，对地球的引力比太阳大。由于浅海区海岸对潮水的摩擦阻力作用，潮水上升要滞后一段时间，于是潮汐凸出部分受日月引力牵制，产生同地球自转方向相反的力矩，对地球自转起“刹车”作用，使地球自转速度逐渐减慢。它所带来的后果有：①日的变长，约每百年为千分之一点七秒；②月的变长，地球自转变慢，其角动量必减小，但不消失，而使月球绕地球公转的角动量增加，即月球轨道增大，公转周期增长，月的时间变长。3

相关辩论在恩格斯看来，潮汐摩擦问题实际上包含着两个问题：潮汐问题和潮汐的摩擦问题。前者注重潮汐现象被引起的原因，后者注重潮汐所引起的摩擦即重点在摩擦问题上。关于潮汐问题，对于它产生的原因古代人就有不少天才的猜测。但只是到了牛顿的经典力学的创立才第一次科学地说明了潮汐现象产生的原因。

牛顿1687年，牛顿在其《自然哲学之数学原理》一书中，运用他所发表的万有引力定律解释了引起潮汐现象的原因，他认为：“海洋之潮涨潮落，系由太阳及月球之影响。”牛顿把这一结论作为一个定理，并通过万有引力定律给予了证明。同时又运用万有引力定律计算出地球上的海水每一昼夜有两次涨潮和两次落潮，并且由于太阳与月球同地球之间距离的远近程度不同和相关位置不同来确定某一地区的最大潮和最小潮的发生时间。

康德康德也探讨过潮汐的起因问题，但那是在应普鲁士王家科学院1754年的悬赏征文中阐述了自己的观点。康德在《对地球从其最初生成的时期起在其引起日夜更替的自转中是否发生过若干变化和怎样才能证实这种变化的问题的研究》（1754年）的论文中，提出了一个新的见解，这就是恩格斯所指出的“地球自转因潮汐摩擦而逐渐迟缓”。康德认为：“确实存在着外在的原因，而且是这样一个外在的原因，它使地球的运动逐渐减弱，并且在不可计量的长时期中，甚至会消灭地球的转动。”

恩格斯但却是恩格斯运用辩证法和运动形式转化的思想，揭示出地球自转减慢的根本原因在于潮汐摩擦。这就是说，地球表面含有大量的海水，它在月球引力的影响下产生地球上的潮汐摩擦作用。正是由于潮汐摩擦反抗着地球的自转，消耗掉无法补偿的运动量，这样经过长期的积累过程必然会使地球自转逐渐变慢。进入20世纪以来，由于科学的飞速发展，潮汐理论的不断完善，进一步说明恩格斯关于潮汐摩擦的基本观点的正确性，再次表明以辩证法的观点指导自然科学的研究多么的必要。4

潮汐进化学说潮汐经常伴随着潮流，因为摩擦以及与海底之间的摩撩而失去能量。但闹汐是一种长波现象，所以潮流的速度在垂直方向上变化不大。因而可以认为内摩擦要小于海底摩擦。泰勒(G．I．Taylor)等人认为，这种海底摩擦的大小，与其上层流速的平方成正比。潮流一般是浅处要比深处显著，因此潮汐摩擦在浅水区域要远大于深水区域。杰弗里斯(H．Jeffreys)根据这种假定，计算了全世界由于海底摩擦所引起的能量损失，结果为：大潮时每秒22× 尔格。如果这种潮汐摩擦作用发生于港湾内，那么就要使潮汐失去能量，潮差减小，同时潮波失去驻波性质，而接近于前进波。并且，这种潮汐摩擦不断作用于地球，使地球自转速度变慢。作为其反作用，则是使月球公转速度加快，远离地球。达尔文基于这一事实，说明了月球离开地球，逐渐远离地球，直到现在的过程，提出了著名的潮汐进化学说。他还认为，每秒必需要向月球提供1．4× 尔格的能量，月球才能得到现在的加速度。这结果与杰弗里斯通过潮汐摩擦算出的值大致相同。5