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月球产生的潮汐使地球自转变慢,使地月距离增加

已有 9342 次阅读 2016-1-21 21:42 |系统分类:教学心得| 摩擦力, 潮汐, 教学论文

       这个问题在一些教材或教学论文曾论证过,但还不够简单明了,这儿给出简洁而清晰的论证。

       月球引力场在地球的不均匀性在地球表面引起海水的潮汐,潮汐力使得地球表面离月球近和离月球

远处的海水隆起。又地球自转的速度(一圈24小时)比月球绕地的速度(一圈一个月)快,因此地球

与潮汐的海水便因为相对运动产生摩擦,摩擦力阻碍了地球的自转,这样地球的自转在变慢。

       为什么潮汐会使得地月的距离会增大呢?地月之间的力是万有引力,月球绕地球转动。以地球为原点,

地月引力为有心力,则地月系统的角动量守恒, $\overrightarrow{L}+\overrightarrow{I}\equiv \overrightarrow{J}$ 。式中 $\overrightarrow{L}$ 是月球绕地轨道角动量, $\overrightarrow{I}$ 是地球自转角动量。如下图示,当自转角动量变小时,月球的轨道角动量变大,当把月球轨道视为圆轨道时要求

$\left |\overrightarrow{L} \right |=mr^2\omega$ 中的 $r^2\omega$ 要增大。

 

地月万有引力 $GMm/r^2=mr\omega ^2$ ,由此公式得 $GMmr=mr^4\omega ^2$ ,我们得到了潮汐使得地月之间的距离增大。






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