科学|到底能不能在马桶里看到科氏力的漩涡?( 二 )


伽利略的轮船思想实验(图片来源:Physics Central)结果显然不能 。 由于惯性的控制 , 船舱内所做的一切力学实验的结果和在静止的船舱里没有任何区别 。
同样的 , 当我们身处在匀速行驶的飞机、火车以及电梯中 , 往往也会产生“它们是静止的”这样一种错觉 。
但地球并不是一艘匀速行驶的船 , 它始终沿着地轴进行自转 。 在地球上所有物体的面前 , 至少摆着两套参考系 , 一套是以自身为原点的自身参考系 , 另一套则是以地心为原点 , 始终在自转的地球参考系 。
当然 , 你还可以建立以太阳为圆心的太阳坐标系等其它无数个坐标系 。
而科氏力作为一种惯性力 , 它并不是一种力 , 形象地说 , 它更像一座横跨两套参考系的桥梁 。
对于在地球上静止不动的物体 , 它们会和上一时刻保持相同的运动状态 , 不论是在自身参考系还是在地球参考系 , 它们都处于静止状态 , 科氏力只能“干瞪眼” , 发挥不了作用 。
在地球表面(非赤道)移动的物体同样也可以选择这两套参考系 , 但身处不同参考系 , 它的运动状态却有了差异 。 当它笔直向前运动时 , 它的轨迹在自身参考系中是一条直线 , 而将其轨迹投影在地球表面 , 则是一条曲线 。 仿佛有一只无形的手(科氏力)把直线给掰弯了 , 这条曲线是由旋转的地球和自身的直线轨迹叠加而成的 , 这就是地球上科氏力的本来面目 。
那南北半球的科氏力方向为什么是相反的?
因为地球是圆的 。 尽管地球在自西向东自转 , 但当我们处于南北半球高空中向下俯瞰(高度要足够) , 就会发现 , 在两个半球看到地球的旋转方向是相反的:北极视角逆时针旋转 , 南极视角顺时针旋转 。 这也是南北半球科氏力方向相反的原因 。

科学|到底能不能在马桶里看到科氏力的漩涡?
南北半球相反的科氏力(图片来源:pressbooks)高纬度两极地区的旋转角速度最大 , 科氏力也大 。 尽管赤道上也存在旋转角速度 , 但它正好和地球的旋转方向完全一致 , 赤道似乎可以是顺时针旋转 , 又可以是逆时针旋转 , 这个争议地带就成为了科氏力的禁区(一条无限细的环线) 。
洗手池里的小漩涡!
当然 , 不仅是风、洋流和飞机会受到科氏力的影响 , 地球上几乎任何在水平方向运动的物体都会受到地转偏向力的作用 , 甚至包括马桶里的水 。

科学|到底能不能在马桶里看到科氏力的漩涡?
马桶中旋转的水流(图片来源:Mental Floss)在最理想的状况下 , 北半球的马桶、浴缸以及洗手池中的水流可以产生逆时针的漩涡 , 但由于科氏力极其微弱 , 外加喷水方向、水池的形状以及外界其他因素的干扰 , 旋转方向往往存在极大的不确定性 。

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