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潮汐高度计算的套公式思维

已有 11477 次阅读 2013-10-18 13:18 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦

我在《科普:为什么一天涨两次潮(潮汐高度计算)》用高中物理计算了月球、太阳引发的潮汐高度,并且解释了为什么背对月球的一面也涨潮,我得出的公式是



h为某地点的潮汐高度,m为导致潮汐的天体质量、M为地球质量,R为地球半径,D为地球与该天体的距离,为该地--地心连线与地球-天体连线的夹角。这是一个相当简洁的公式,而且只用了高中物理就搞定了,都不要用纸笔,简单在计算机屏幕上心算即可。

据传,牛顿在其《自然哲学的数学原理》中计算了潮汐,因此这个问题可以说是已经解决了300多年了。不过,我们大部分估计都没有看过牛顿的计算(他那时候代数都用得少,用几何居多),我在网上也没有找到。

在网上搜索的结果发现这个潮汐高度的公式还很神秘。维基百科的条目上"tide"条目没有公式。搜索"潮汐公式",”tide formula"却发现搜出的前面几条竟然是我这篇博文,其余有几个计算思路相当扭曲,甚至错误。看来这个问题真值得进一步讨论。让我们来看看其他科学爱好者的计算


考虑地球绕着月地重心的旋转,计算离心力,但没有给出潮汐高度公式。


类似,也是地球绕着月地重心的旋转,经过一系列计算,得出的潮汐高度公式算出潮汐高度超过实际情况20倍,明显错误。

这两个计算,在我看来都有点奇特。为什呢?因为他们都选择了兜一个大大的圈子。

考虑地球与月球这个系统,假设我们要计算地球的加速度,牛顿第二定律 f=ma,你只要计算出引力f即可,a=f/m,你管它是怎么转的干什么?但这两位科学爱好者却考虑地球会绕着两者的重心转,他们的计算都假设轨道是圆的(其实完全可能是椭圆),从轨道计算出加速度,最后兜一个大圈子,仅仅是得到了a=f/m。

为什么会出现兜圈子思维?我的猜测是,这是一种套模式的思维在作怪,而不是从基本原理出发分析。遇到一个地月系统的问题,于是开始去套已有的答案,结果找到一个解:地球绕地月重心转,于是开始套公式,而不是从f=ma出发。其实说明白了,就是不动脑筋。

其实,要计算潮汐高度,我们根本不需要计算地球的加速度,我们需要计算的是地心处引力与地表处引力的差

所以啊,人一定要学会 think straight.




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