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误解!水流漩涡是逆时针还是顺时针,跟地转偏向力关系不大

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你家洗脸盆的水在往下放的时候产生的漩涡,是逆时针的,还是顺时针的?我相信很多人的答案都是逆时针的,并且都坚信这个答案有实验支持,要么是自己做过实验,要么是看别人做过,而且也对这个结果也给出了看似合理的解释,地转偏向力。可真实的情况是,地转偏向力对水盆漩涡的解释是一种误解。下面我们就说下这个问题。

先说啥是地转偏向力,这个力其实是我们在牛顿力学中引入的第三类惯性力,前两个是平动惯性力,说的是一个物体在做直线变速运动的时候,会感受到一个惯性力的存在,比如我们开车的时候直线加速和减速,就会感受到一个惯性力,还有一个是惯性离心力,说的是一个物体在做圆周运动的时候,就会感受到一个惯性离心力的存在,比如我们开车转弯的时候,会被甩出去。

而地转偏向力说的是,一个物体在转动参考系中运动的时候,就会感受到一个垂直于运动方向的惯性力,这个力就是地转偏向力。

下面有一个很好的例子,可以帮助我们理解这个力是怎么产生的,我们知道地球在自西向东逆时针自转,而且赤道的线速度大,越往高纬度走,线速度就会减小,直到北极地区线速度就会变为0。

现在如果有一阵风,从赤道吹向了北极,由于这阵风在赤道地方的线速度大,所以它在往北极走的时候,就会在运动方向上往右偏转,然后走过的路径就变成一个曲线了,但是我们知道没有任何东西给风施加力的作用,所以我们就假象出了一个惯性力的影响,这个力就是地转偏向力,它的大小和方向跟地球的转动情况,以及运动物质的质量和速度是相关的。也就是说,只有在转动参照系中运动的物体才会受到这个力的影响,如果静止不动,是感受不到这个力的。

好,那在北半球的话这个力的方向可以根据右手判断出现,现在我们伸出右手,手掌对着自己,四指的方向就是物体的运动方向,那大拇指的方向就是你在北半球能够感受到的地转偏向力的方向,那南半球判断方向就是左手了。由于这个力是1835年的时候,由法国人科里奥利首次给出了数学描述,所以也叫科里奥利力。

现在我们说水盆漩涡的问题,如果在北半球水流的漩涡真的是科里奥利力造成的,那么在我们打开下水道塞子的时候,水就会向中间聚拢,水向中心运动的时候,就会受到地砖偏向力的影响,根据刚才说的右手定则就能判断出,水流应该会逆时针旋转的。

那么如果你对这个现象做了大量的实验,在几万次的统计中没有发现顺时针的情况,这说明地砖偏向力的解释可能是正确,但这个时候还不能说完全对,你需要在北半球随机选择多个地点,更换不同的水盆重复上面的实验,如果你发现,不同的地点,不同的实验器材,都可以完美的复现你的实验结果,那就说明地砖偏向力是真理了。

但可惜的是,这个实验经不起考察呀,曾经有一档节目叫“是真的吗”就在全球征集了很多网友做这个实验,那根据统计获得的结果是,水想怎么转就怎么转,并没有我们说的北半球就一定是逆时针,南半球就一定是顺时针。所以这个说法已经被证伪了。

那问题是,地转偏向力为啥没有对水流产生影响,原因是两点,水流的速度慢,也就是它向中心的速度慢,这就导致了地转偏向力非常的微小,基本上可以忽略不计,你看,我们平时跑步的时候,只要不喝多,都可以跑直线的,如果地转偏向力大的话,那我们经常会跑偏的,还有我们打台球的时候,可从来不会计算地转偏向力的影响,这就说明这个力小的可以认为它不存在。

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再一个就是水向中心靠拢的时候运动的距离短,水盆也就只有这么大,所以说就算产生了微小的加速度,但运动的距离短呀,几秒钟水就流进了下水道了,所以偏移的大小也可以忽略不计。但是在大尺度上,比如河流,风,一下跨越了几千公里,所以这个偏移就不能忽略不计了。

那最后的问题是,水为啥会转,这个跟你的盆子的形状,水流的初始状态有关,这才是影响逆时针、还是顺时针的关键因素。

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