对 潮汐 现象 的 计算机 程序 模拟
艾特 进化的力学
之前 我说 潮汐现象 的 简化模型 可以 通过 计算机 程序 很容易 的 模拟出来 。
后来 想了一下, 细节有点多, 如果 要 用 动画 的 方式 呈现 模拟效果, 有点类似 写一个 游戏 , 比较 麻烦 。
所以 把 潮汐问题 重新 思考了一下 。
对于 潮汐问题, 首要 要做 的 事 是 建立一个 简洁 、抓住重点 的 模型 。
我认为 潮汐 的 周期性 是 太阳 月球 对 海水 的 切线方向 和 法线方向 的 引力 的 变化 引起 的 。
可以 以 弹簧振子 和 单摆 为例,
用手 拉住 弹簧振子 的 小球 向外拉, 弹簧 会 被 拉伸, 松手, 小球 会 开始 自由 振动 起来 。
如果 不松手, 但是 让 拉力 小一点, 小球 也会 振动 起来, 但是 振幅 比 完全松手 小 。
如果 让 拉力 渐渐减小, 则 小球 会 振动 起来, 随着 拉力 减小, 小球 的 振幅 越来越大, 当 拉力 为 0 时, 小球 的 振幅 达到 最大,
这 就是 潮汐 的 大潮 。
把 小球 看作 海水, 拉力 最小 时, 小球 的 振幅 最大, 这就是 潮汐 的 大潮 。
对于 海水 而言, 太阳 月球 对 海水 的 引力 的 切向分量 会让 海水 “晃动” 起来, 法向分量 不影响 海水 的 晃动 。
切向分量 一方面 会让 海水 晃动 起来, 一方面 又会 阻碍 海水 晃动, 就像 对 弹簧振子 小球 的 拉力 。
从 弹簧振子 的 小球 可以看到, 当 引力 的 切向分量 达到 最小 时, 海水 晃动 的 幅度 达到 最大, 这就是 潮汐 的 大潮 。
每天 的 2 次 大潮 是 在 2 次 月中天 的 时候, 一次 月中天 是 正面 月中天, 一次 月中天 是 背面 月中天, 背面 月中天 是指 相对于 地球 的 某处, 月球 在 地球 背面, 但是 正对 该处 。
不管 是 正面 月中天 还是 背面 月中天, 月球 对 海水 的 引力 的 切向分量 最小, 切向分量 最小 则 海水 晃动 幅度 最大, 法向分量 不影响 海水 的 晃动 。
每月 2 次 的 最大潮 发生在 朔月 和 望月(满月), 朔月 望月 时, 太阳 地球 月球 成 一直线, 太阳 月球 对 海水 的 引力 的 合力 的 切向分量 最小, 所以 海水 晃动 的 幅度 最大 。
以 单摆 为例, 也是 同理 。
科氏力 是 惯性力, 地球 是 球体, 球面 上 不同 纬度 的 线速度 不同, 所以 以 地面 为 参照系, 当 物体 的 纬度 发生变化 时 会 受到 惯性力, 也就是 科氏力 。 也就是说, 物体 沿 经线方向 运动, 或者 有 经线方向 的 速度分量 时, 才会 受到 科氏力, 纯粹 沿 纬线方向 运动 不会 受到 科氏力 。