因此 , 要想真真切切用肉眼观察到“科氏力在马桶中产生的漩涡”极为困难 。 几乎所有的书本、网站甚至老师都会说 , 日常所看到的水池里产生的漩涡并不是科氏力导致的 。
但世界上的各个角落里 , 都不免有那么几个喜欢抬杠又爱钻牛角尖的科学家 , 而麻省理工大学的流体力学教授阿舍尔·夏皮罗(Ascher Shapiro)就是其中之一 。
他认为 , 如果不受任何因素的干扰 , 即使水池再小 , 科氏力一定会留下属于它的漩涡 , 能够被我们捕捉到!
尽管许多科学家都明白这个道理 , 但却几乎没有人有勇气去做实验验证 。 因为这个似乎在家中厨房里都可以完成的简单实验 , 实际上存在着一些不可预知的困难 。
1962年 , 夏皮罗决定尝试挑战这个难题 。 麻省理工大学所在的纬度是42° , 在流速近乎5 mm/s时 , 科氏力只有当地重力的3000万分之一 , 为了排除所有因素的干扰 , 他对测试的各个细节都进行了精心设计 。
首先 , 他选择了一个直径约为1.8米 , 深度约为0.15米的圆柱形水池 , 底部中间有一个直径约为1厘米的排水孔 , 并用塞子进行密封 。
此外 , 他还尽量去除水中的杂质 , 并调节室内的温度来控制温度的变化 。 而为了防止气流的干扰 , 他还在水池的顶部覆盖了一层塑料薄膜 。
最容易忽略的一点是 , 水池充满水后 , 水体还会残留微小的运动 , 这甚至会存在数个小时 。 为了完全规避掉这部分运动的影响 , 夏皮罗将水池中的水顺时针搅拌旋转 , 以抵消科氏力在北半球产生的逆时针的漩涡 。
经过24小时的沉淀后 , 夏皮罗小心翼翼地拔下塞子 。
在前12-15分钟 , 他几乎观察不到任何旋转的痕迹 。 然而 , 随着时间一分一秒地流逝 , 在不知不觉中 , 漩涡逐渐显示出了逆时针的旋转状态 。
在各因素被严格控制的条件下 , 夏皮罗最终印证了北半球的科氏力 , 确实可以使水池中的漩涡发生逆时针旋转 。
就这?这个实验看起来难度也不大 , 我们好像在自家的厨房里也可以完成 , 但其他人为什么没有成功呢?
一方面 , 其他人可能忽视了水的残留运动 。 他们认为在水池中的水在3-4个小时之后就已经完全静止了 。
另外 , 由于在实验开始前的十多分钟内 , 几乎捕捉不到旋转的痕迹 , 且一部分实验者设计的水池可能过小 , 因此还未等到漩涡出现时 , 水池中的水早已流失殆尽了 。 又或是一部分实验者在观察了一段时间后失去了耐心 , 而在成功的黎明前草草放弃 。
为了更加严谨 , 三年之后 , 悉尼大学的学者在南半球又做了一次相似的实验 , 结果也出现了顺时针旋转的漩涡 。 至此 , “水池里看不到科氏力产生的漩涡”这个广为流传的误解被彻底粉碎 。
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