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1700042496 一些与伽利略同时代的科学家猜测是月亮引发了潮汐,因为海水的涨落与天空中月亮的位置有着某种巧合。他们认为月光给水施加了某种神秘的影响。不过,有人提出在月亮被云层遮覆时,海水还是涨落如旧,因此,这种说法最终被淘汰了。如今,我们知道潮汐是由太阳和月亮的引力导致的。
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1700042498 受太阳的影响,地球上有了四季变换,不过这里我们先撇开太阳不说,月亮不知疲倦地影响着我们,地球上才出现了潮汐。试想一下,地球和月亮高悬于宇宙之中。地球的引力吸引着月亮,而月亮也同样牵扯着地球。离吸引你的物体越远,你所受到的引力就越微弱,因此,地球上靠近月亮近的地方受到月亮的引力就越强,反之,离月亮越远受到的引力则越弱。
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1700042500 这意味着,地球上面向月球的海水暴涨,朝天空中月亮的方向掀起高涌的潮头。而地球的另一侧,由于离月亮较远,海水受到月球的引力相对微弱,产生离心的趋势,因此在背向月球的海面也形成隆起的潮头。这些潮汐追随着天空中月亮的位置,横扫整个地球表面。
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1700042502 如果月亮表面也存在水的话,相应的,地球引力将使这些水迸发出惊人的威力,生成24小时一刻不停的海啸。地球的重量大约是月球的80倍,而重力的大小与物体的重量成正比。重量加倍,重力也随之加倍。所以,假设两个星球的水量一样,地球引力引发的月球潮汐的能量将是月球引力引发的地球潮汐的80倍。
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1700042504 假如你听说过月球表面的重力是地球表面的1/6(回想一下那些宇航员在月球表面弹跳着行走的画面),那么,80倍的说法听上去就似乎有些夸大了。地球的重力只有月球的6倍,那么,为什么地球的吸引力会是月球的80倍呢?
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1700042509 图10 月球引力产生的潮汐
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1700042511 这是因为,吸引你的物体的质量和你与物体中心之间距离的平方还决定了重力的大小。月球的质量是地球的1/80,而它的半径比地球的小了3.6倍。因此,如果你站在月球表面,你与月球中心的距离要比地球上你与地心之间的距离小3.6倍。这意味着若两个星球质量相等,你在月球上受到的重力将会约是地球上的13倍(3.6×3.6)。加上月球只有地球1/80的质量,你在月球上所受到的重力将会是13/80——差不多是地球上所受重力的1/6。
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1700042516 飞行中的科学 [:1700041561]
1700042517 飞行中的科学 风口浪尖处
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1700042519 和潮汐不同,海面上波光粼粼的浪花并非出自月亮之手,而完全蒙太阳所赐。太阳的光和热导致了气候的形成与变迁,包括风,风又促成了浪。(海啸是个例外,它是由地震和山崩引起的,但是,绝大多数的浪都是在风吹拂海面时形成的。)
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1700042524 迷你浪花
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1700042526 在玻璃杯中注入3/4的水。猛摇玻璃杯(如果你在飞机上,小心别把水溅在邻座的身上)。杯中的浪和海啸的浪类似。剧烈摇晃促成了这种浪,如地震。这些浪夹杂携着大量海水,横扫海面。
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1700042528 接下来,把嘴凑近杯壁,朝水面轻轻地吹一口气。你将会看到水面上泛起微微涟漪。这些被称为风成波(wind wave),是一种海面上最常见的浪花。
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1700042533 留心观察一下海浪,你会觉得它们一直在向前涌去,其实这是一种错觉。如果这些常见的海浪真的像它们看起来那样一直向前运动的话,它们将向内陆行进得更远,就像海啸那样以摧枯拉朽之势,越过海岸线,横扫岸边的城市和村庄。那些岸边或是海面中央常见的海浪带动水流以环形的方式运动,水流翻滚着朝上涌去,形成浪尖,接着又冲入海面之下,四下迸溅开来,开始新一轮的循环。海浪似乎是在往前移动,水流则上下循环不息——但其实,大部分海水都还待在原来的位置。
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1700042535 许多浪头在海边看得清清楚楚,但若从机窗看下去,就不是那么明显了,这是因为海水几近透明,尽管它不停变幻出各种形态,但却叫人难以察觉。在空中,我们能看见的大多数浪被称为破碎浪(breaking wave),也叫做碎波(breaker)或是白浪(white horse)。这种浪在海岸边更为常见,因为随着水深变浅,水流更容易迸溅——不过在海面中央你也能看到白浪。
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1700042537 随着海浪不断涌向高处,它离迸溅的那一刻也就越近。海浪越高,与海面形成的角度就越陡峭,浪头涌到最高处最终开始翻转着盖压下来,这一刻水花四溅,整朵浪花瞬间崩裂了。这种现象时常发生在浅海,因为,当浪花奔向岸边时,没有足够的深度能让海面以下的水流顺畅回流。我们之前提到了波浪中的水流是以画圈的方式上下运动的,离岸近时,水深变浅,圆圈压缩变小,因此水流被推动着朝天空翻卷。
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1700042539 水的深度也会影响水流行进的方向。想想那些拍向岸边的海浪。为什么它们总是朝着岸边涌来,哪怕风向相反也还是逆风而来。水深变浅不仅改变着波浪的形状,还影响它们前进的方向,促使它们涌向大陆。
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1700042541 海浪迸溅不只发生在岸边,海面上很多区域都看得见,只要振幅(浪的高度)够大。在开阔海面上,若有劲风持续吹上一段时间,白浪也会出现在大海中央。在浪头坍塌的瞬间,水流从平缓状态转为湍流(我们之后会谈到湍流)。崩裂的浪头狠狠砸入海中,湍急的水流夹带着大量的空气直冲入海面之下,产生白沫,这就是我们把破碎浪叫成白浪花的原因吧。
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