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洗手盆里漩渦如何形成?你老師的解釋是錯(cuò)誤的!


相信大家都曾注意過,家里洗臉池在排水時(shí)總會(huì)形成漩渦。有不少中學(xué)地理老師將其解釋為地轉(zhuǎn)偏向力的結(jié)果:在北半球順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),在南半球逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。


在電影《金蟬脫殼》中,史泰龍飾演的經(jīng)驗(yàn)豐富的越獄專家正是根據(jù)排水口漩渦的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來判斷監(jiān)獄的地理位置,最終逃出生天的。


可以說這是一個(gè)長(zhǎng)期的經(jīng)典錯(cuò)誤!


什么是地轉(zhuǎn)偏向力?


地轉(zhuǎn)偏向力是由于地球自轉(zhuǎn)而使地球表面運(yùn)動(dòng)物體受到與其運(yùn)動(dòng)方向相垂直的力,全稱地球自轉(zhuǎn)偏向力 。地轉(zhuǎn)偏向力不會(huì)改變地球表面運(yùn)動(dòng)物體的速率(速度的大?。梢愿淖冞\(yùn)動(dòng)物體的方向。


地轉(zhuǎn)偏向力有多大?

                [F=2mvωsinφ]

地轉(zhuǎn)偏向力大小的計(jì)算公式是:F=2mvωsinφ。m、v是物體的質(zhì)量、速度,ω是地球自轉(zhuǎn)的角速度,φ是物體所處的緯度。


我們不妨用這個(gè)公式估算一下排水口的水受到地轉(zhuǎn)偏向力的大小,假設(shè)水流運(yùn)動(dòng)的速度為10m/s,在地轉(zhuǎn)偏向力最大的兩極地區(qū)(非極點(diǎn),極點(diǎn)角速度為0),水質(zhì)點(diǎn)因地轉(zhuǎn)偏向力而產(chǎn)生的加速度僅為0.001454m/s^2,相比之下,重力加速度為10m/s^2 .可以說地轉(zhuǎn)偏向力對(duì)排水口水流方向的影響微乎其微,根本難以產(chǎn)生可以觀察到的效果。



實(shí)際上,排水口的漩渦更大程度上是隨機(jī)擾動(dòng)和排水口構(gòu)造所影響的,可以順時(shí)針、也可以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。跟地轉(zhuǎn)偏向力沒有太大關(guān)系。其實(shí)是源于角動(dòng)量守恒的結(jié)果,猶如花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員,收緊胳膊時(shí),身體高速旋轉(zhuǎn)一樣。


即便在龍卷風(fēng)尺度上,地轉(zhuǎn)偏向力對(duì)它旋轉(zhuǎn)的方向也沒什么貢獻(xiàn),北半球龍卷風(fēng)順時(shí)針和逆時(shí)針的都有,有時(shí)候還會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。



雖然在小的空間尺度上,地轉(zhuǎn)偏向力微乎其微,難以嶄露頭角,但是在大的時(shí)空尺度上,地轉(zhuǎn)偏向力可以展現(xiàn)出不容忽視的力量:北半球的臺(tái)風(fēng)都是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),南半球的臺(tái)風(fēng)都是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),就是受到南北半球相反地轉(zhuǎn)偏向力的影響造成的。北半球的單行鐵軌右軌磨損的較厲害也是地轉(zhuǎn)偏向力長(zhǎng)期作用的結(jié)果。

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