不同参照系作用力比较
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发布时间：2023-09-22 14:56
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时间：2024-12-04 10:50
1.强中纬力、潮汐力和胀缩力
强中纬力、潮汐力是以太阳系为分析对象，研究地球球面质点在地球公转状态下的受力情况时获得的作用力，包括作用力F1、F2、F3、F5。
作用力F1和作用力F2在一定条件下，可以合二为一，这时，它们表现为一种潮汐力，这种潮汐力随着地球离开黄道面的高度增加而减小，而且还与地球所处公转轨道的位置有关。其总的表现是一簇曲线。
作用力F3和作用力F5也可以合二为一，这时，它们表现为一种使地球中纬度地带受力最大的作用力被称为强中纬力，这种力在黄道面切割的地球处和黄极投影点为零，在黄纬等于±45°处最大，由于地球的倾斜和自转，强中纬力在地球上总的表现是一组呈东北方向和东南方向展开的作用力网格线，并且南北半球对称分布。以太阳系为参照系的地球的强中纬力网格和以银河系为参照系的强中纬力网格的交角可能不一样，但在现有条件下，分析板块的受最大强中纬力作用只能近似等于太阳系的作用力网格系统。
胀缩力是以银河系为参照对象，研究地球作为质点时的动力特征而获得的一种随着轨道位置不同，作用力性质发生变化的力。当地球处于银河系椭圆轨道的远银点一端时，作用力性质为负值，即作用力的方向为地球到银核的方向；当地球处于银河系椭圆轨道的近银点一端时，作用力性质为正值，即作用力的方向为银核到地球的方向。负作用力使地球发生膨胀，正作用力使地球发生收缩。地球绕银核一圈，要相继发生一次膨胀运动和一次收缩运动。因而，将它称为胀缩力。由于地球发生膨胀和收缩的时间长短不同、作用力绝对值大小不同，所以地球发生膨胀和收缩的幅度不同，总的说来，地球发生膨胀的幅度较大。
胀缩力使地球发生膨胀和收缩，为强中纬力、潮汐力作用于地球板块提供了活动的背景空间。胀缩力使地球表现为垂直方向的变化，强中纬力、潮汐力使地球球面板块表现为水平方向的运动，如果没有胀缩力作用，则地球较少或不会有球面板块的挤压出现，只有板块的规则移动，有如平流层里的气球一样；如果没有强中纬力、潮汐力作用，则地球只有膨胀和收缩所表现出来的“开”与“合”，也不会有褶皱和裂谷出现。
2.地球质点作用力和板块质点作用力
本章已分别研究了地球-太阳-银核的运动受力和球面板块-地心-银核的运动受力。前者的主体是地球整体，后者的主体是球面板块。
既然都是以地球作为主体，为什么有式（2-6）和式（7-20）的不同形式出现？式（2-6）是建立在地球-银核的基础上获得的关于地球总的受力形式，而式（7-20）则是建立在地球-太阳-银核的基础上获得的关于地球受太阳和银核作用的受力形式，它是一种分力组合形式。
建立在球面板块-地心-银核系统的受力分析，其实抛弃了球面板块与太阳的关系，如果建立球面板块-太阳-银核的分析系统，那么获得的作用力表达式中将不会体现地球自转的影响，只有球面板块公转的影响。
由于在分析强中纬力、潮汐力时专门讨论了球面板块在公转状态下的受力与运动，所以，也就无须再建立包含这样内容的分析系统。
3.各具体力在不同参照系中
尽管分别通过不同的坐标系推理获得了各地球动力，由于出发点不同，推理过程不一样，所以，每一个力都是彼此独立的，也就是说，如果改换坐标系再用同一种方法进行推理，仍将获得相同形式的作用力。同一种力在不同的坐标系里，由于施力主体不同，产生的力在大小、周期性等方面存在着差异。
3.1 关于胀缩力
它是以地球为质点，研究其在绕银核旋转的受力状态时得到的，由于其具有使地球绕银核一周分别发生一次膨胀和收缩的作用效果，所以将它称为胀缩力。地球绕太阳的轨道与绕银核的轨道具有相似性，两者都是椭圆，只不过后者为螺旋式椭圆，是一系列点的椭圆，所以，地球质点绕太阳旋转同样应该具有胀缩力。为便于区分，用“太阳”和“银核”前一字汉语拼音声母作下标，计算地球质点受到来自太阳和银核的胀缩力分别为：
地球动力与运动
式中的各种符号的物理意义参见式（2-6）及本处前导说明。
表7-1 比较了这两个胀缩力的异同点：
表7-1 不同参照系胀缩力的比较
由表7-1可以看出，太阳给地球的胀缩力明显要比银核给地球的胀缩力大，约有106倍，这是否说明地球的膨胀与收缩是太阳作用的结果？回答当然是“否定”，因为地球发生膨胀运动和收缩运动周期的实际说明不是太阳作用的结果。这是一个矛盾的推理，是悖论——太阳对地球所施胀缩力较大，然而又不是使地球发生膨胀和收缩的原动力，而银核对地球所施胀缩力较小，却是使地球发生膨胀和收缩的原动力。太阳施加的胀缩力都产生什么效应？我们认为它使地球的大气发生着膨胀和收缩的作用。
3.2 关于F1、F2
它们属于潮汐力，是分析球面质点绕太阳公转时获得的。在分析各力特性和潮汐作用时已经指出，F1、F2是与地球所处轨道位置和质点所处地球黄纬有关的作用力，所不同在于前者是与地心的径向加速度有关，后者是与球面质点和太阳连线方向的径向加速度有关。如果将两者加速度取一致，则F1、F2可以合并，合并后的F1+F2性质不变，这是分析球面质点-地心-太阳系统时得到的认识。
无论是在球面质点-地心-太阳系统，还是在球面质点-地心-银河系统，球面质点所受F1+F2具有非常高的一致。
3.3 关于强中纬力
地球的强中纬力是影响地球范围最广的作用力之一，因而也是最重要的作用力之一。它不仅是形成大洋环流的重要作用力，而且也是形成大气环流的重要作用力，它使地球中纬度地带（21°33′～68°27′）物质产生偏转运动。当台风进入中纬度带后，将受最大强中纬力的明显作用，并最终保持沿强中纬力作用方向运动。强中纬力还对极地带等地带内的物质发生一定的作用。
以银核为参照系时，强中纬力的表达式为：
地球动力与运动
以太阳为参照系时，强中纬力可转化为：
地球动力与运动
这样，可以很方便地得以比较太阳所施给球面板块的强中纬力和银核所施给球面板块的强中纬力的大小：
地球动力与运动
由此可以看出，太阳所施强中纬力远大于银核所施，这是由于地球绕银核旋转的角速度远小于绕太阳旋转的角速度的原因所引起。如果不是这样的话，当板块与大气和海水以同样方式运动起来，其景象和后果就不堪设想了。
