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水的漩渦跟地轉偏向力無關

生活 更新时间:2024-07-07 10:49:28

你家洗臉盆的水在往下放的時候産生的漩渦,是逆時針的,還是順時針的?我相信很多人的答案都是逆時針的,并且都堅信這個答案有實驗支持,要麼是自己做過實驗,要麼是看别人做過,而且也對這個結果也給出了看似合理的解釋,地轉偏向力。可真實的情況是,地轉偏向力對水盆漩渦的解釋是一種誤解。下面我們就說下這個問題。

水的漩渦跟地轉偏向力無關(水流漩渦是逆時針還是順時針)1

先說啥是地轉偏向力,這個力其實是我們在牛頓力學中引入的第三類慣性力,前兩個是平動慣性力,說的是一個物體在做直線變速運動的時候,會感受到一個慣性力的存在,比如我們開車的時候直線加速和減速,就會感受到一個慣性力,還有一個是慣性離心力,說的是一個物體在做圓周運動的時候,就會感受到一個慣性離心力的存在,比如我們開車轉彎的時候,會被甩出去。

水的漩渦跟地轉偏向力無關(水流漩渦是逆時針還是順時針)2

而地轉偏向力說的是,一個物體在轉動參考系中運動的時候,就會感受到一個垂直于運動方向的慣性力,這個力就是地轉偏向力。

水的漩渦跟地轉偏向力無關(水流漩渦是逆時針還是順時針)3

下面有一個很好的例子,可以幫助我們理解這個力是怎麼産生的,我們知道地球在自西向東逆時針自轉,而且赤道的線速度大,越往高緯度走,線速度就會減小,直到北極地區線速度就會變為0。

現在如果有一陣風,從赤道吹向了北極,由于這陣風在赤道地方的線速度大,所以它在往北極走的時候,就會在運動方向上往右偏轉,然後走過的路徑就變成一個曲線了,但是我們知道沒有任何東西給風施加力的作用,所以我們就假象出了一個慣性力的影響,這個力就是地轉偏向力,它的大小和方向跟地球的轉動情況,以及運動物質的質量和速度是相關的。也就是說,隻有在轉動參照系中運動的物體才會受到這個力的影響,如果靜止不動,是感受不到這個力的。

好,那在北半球的話這個力的方向可以根據右手判斷出現,現在我們伸出右手,手掌對着自己,四指的方向就是物體的運動方向,那大拇指的方向就是你在北半球能夠感受到的地轉偏向力的方向,那南半球判斷方向就是左手了。由于這個力是1835年的時候,由法國人科裡奧利首次給出了數學描述,所以也叫科裡奧利力。

水的漩渦跟地轉偏向力無關(水流漩渦是逆時針還是順時針)4

現在我們說水盆漩渦的問題,如果在北半球水流的漩渦真的是科裡奧利力造成的,那麼在我們打開下水道塞子的時候,水就會向中間聚攏,水向中心運動的時候,就會受到地磚偏向力的影響,根據剛才說的右手定則就能判斷出,水流應該會逆時針旋轉的。

那麼如果你對這個現象做了大量的實驗,在幾萬次的統計中沒有發現順時針的情況,這說明地磚偏向力的解釋可能是正确,但這個時候還不能說完全對,你需要在北半球随機選擇多個地點,更換不同的水盆重複上面的實驗,如果你發現,不同的地點,不同的實驗器材,都可以完美的複現你的實驗結果,那就說明地磚偏向力是真理了。

水的漩渦跟地轉偏向力無關(水流漩渦是逆時針還是順時針)5

但可惜的是,這個實驗經不起考察呀,曾經有一檔節目叫“是真的嗎”就在全球征集了很多網友做這個實驗,那根據統計獲得的結果是,水想怎麼轉就怎麼轉,并沒有我們說的北半球就一定是逆時針,南半球就一定是順時針。所以這個說法已經被證僞了。

那問題是,地轉偏向力為啥沒有對水流産生影響,原因是兩點,水流的速度慢,也就是它向中心聚龍的速度慢,這就導緻了地轉偏向力非常的微小,基本上可以忽略不計,你看,我們平時跑步的時候,隻要不喝多,都可以跑直線的,如果地轉偏向力大的話,那我們經常會跑偏的,還有我們打台球的時候,可從來不會計算地轉偏向力的影響,這就說明這個力小的可以認為它不存在。

水的漩渦跟地轉偏向力無關(水流漩渦是逆時針還是順時針)6

再一個就是水向中心靠攏的時候運動的距離短,你水盆也就隻有這麼大,所以說就算産生了微小的加速度,但運動的距離短呀,幾秒鐘水就流進了下水道了,所以偏移的大小也可以忽略不計。但是在大尺度上,比如河流,風,一下跨越了幾千公裡,所以這個偏移就不能忽略不計了。

那最後的問題是,水為啥會轉,這個跟你的盆子的形狀,水流的初始狀态有關,這才是影響逆時針、還是順時針的關鍵因素。

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