劇情介紹
說明：本文60%以上內(nèi)容來自美國科普作家菲利普.普萊的科普書《這才是天文學(xué)》。
相信很多人都曾聽過這樣一個(gè)說法：受到地球自西向東旋轉(zhuǎn)（科里奧利效應(yīng)）的影響，北半球下水流旋渦總是沿著逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),南半球下水流旋渦總是沿著順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此可以根據(jù)水流漩渦的方向判斷自己所處的位置是在南半球還是北半球。
在一些科普書、教科書、網(wǎng)頁、電影、電視上，我們能看到大量這類信息。
那么，這個(gè)說法是對的嗎？
一、僅僅根據(jù)下水漩渦旋轉(zhuǎn)的方向就能分辨南北半球嗎？
2015年，cctv2有一個(gè)節(jié)目《是真的嗎？》曾對“僅僅根據(jù)下水漩渦旋轉(zhuǎn)的方向就能分辨南北半球”這個(gè)問題做過求證，節(jié)目共有8位網(wǎng)友在8個(gè)南北半球城市做了水槽、浴缸下水漩渦旋轉(zhuǎn)方向的實(shí)驗(yàn)。北半球城市有中國的北京、美國的哥倫比亞、俄羅斯的海參崴、加拿大的多倫多、意大利的馬爾凱，南半球城市有安哥拉的羅安達(dá)、澳大利亞的墨爾本以及悉尼。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
1、北半球城市中的北京、哥倫比亞、海參崴、多倫多下水漩渦逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；
2、北半球城市中的多倫多、馬爾凱實(shí)驗(yàn)中的下水漩渦順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；
3、南半球城市中的羅安達(dá)、墨爾本下水漩渦順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；
4、南半球城市中的悉尼下水漩渦逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:僅僅根據(jù)下水漩渦的方向來判斷南北半球是不對的。
而要搞清楚為什么無法通過下水漩渦方向判斷南北半球這個(gè)問題，首先就需要理解什么是科里奧利效應(yīng)。
二、什么是科里奧利效應(yīng)？
為了方便大家的理解，下面我們舉個(gè)例子對科里奧利效應(yīng)進(jìn)行說明:
我們都知道，地球每天都會(huì)繞著地軸自轉(zhuǎn)，一天轉(zhuǎn)一圈。想象你在赤道上，地球的自轉(zhuǎn)帶著你向東移動(dòng)，一天之后，你在太空中畫了一個(gè)大大的圓圈，這個(gè)圓圈的半徑就是地球的半徑。站在赤道上，也就意味著你一天之內(nèi)經(jīng)過 了約40000 千米的路程。
現(xiàn)在想象你站在北極點(diǎn)。一天之后， 你在北極點(diǎn)原地轉(zhuǎn)了一 圈，但是實(shí)際上你并沒有經(jīng)過任何距離。所謂的北極點(diǎn)，是指地球自轉(zhuǎn)軸與地表相交的那一點(diǎn)， 所以根據(jù)這個(gè)定義，站在北極點(diǎn)的你是不能像在赤道上一樣“畫圈”的。你只是在旋轉(zhuǎn)，并沒有向東移動(dòng)。
如果從赤道向北移動(dòng)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)向東移動(dòng)的速度減慢了。站在赤道的時(shí)候，你向東移動(dòng)的速度大概是1670千米/小時(shí)(≈40000千米/24小時(shí))。在武漢市，北緯30°的地方，你向東移動(dòng)的速度大約在1446千米/小時(shí)（≈1670*cos30°=1446千米/小時(shí)），而當(dāng)你來到北緯40°的北京市，你向東移動(dòng)的速度則變成1279千米/小時(shí)，你繼續(xù)向北出發(fā)，當(dāng)來到北緯60°的地方，你向東移動(dòng)的速度則只有835千米/小時(shí)。如果你不畏嚴(yán)寒地來到位于北緯70°的地方，你向東移動(dòng)的速度將更慢，只有571千米/小時(shí)。最后，你來到了北極點(diǎn)，完全不向東移動(dòng)，你只是在原地轉(zhuǎn)著小圈而已。
" 地球自轉(zhuǎn)一圈的過程中，北緯30°的武漢繞著地軸cd旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)半徑等于db長度，db=r*cos30°。
現(xiàn)在讓我們假設(shè)你在北緯30°的武漢，想象有個(gè)人站在你正南方向的赤道上，他手里拿著一個(gè)球，向正北方向投擲，也就是直接朝你投擲。在這個(gè)棒球向北飛行的過程中，它向東運(yùn)動(dòng)的速率相對于地面來說逐漸增加。相對于你來說，這個(gè)棒球在到達(dá)你的所在地的時(shí)候，向東運(yùn)動(dòng)的速度差不多為1670 - 1446=214千米/小時(shí)。雖然這個(gè)棒球是對準(zhǔn)你投擲的，但是它的實(shí)際落點(diǎn)會(huì)和你有好長一段距離!等這個(gè)棒球到達(dá)你所在的緯度的時(shí)候，它會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落在你的東邊。
這就是為什么炮彈在向南或向北飛的時(shí)候會(huì)偏離發(fā)射方向。炮彈離北炮膛時(shí)，有一個(gè)向東移動(dòng)的初始速度。但是如果炮彈是朝北發(fā)射的，以地面為參照物，炮彈向東移動(dòng)的速度比它的發(fā)射目標(biāo)向東移動(dòng)的速度要快，因此，炮手們在開炮的時(shí)候需要瞄準(zhǔn)偏西一點(diǎn)的位置。如果要向南開炮的話，也是一樣，以地面為參照物，炮彈向東移動(dòng)的速度要比它的發(fā)射目標(biāo)向東移動(dòng)的速度慢、所以炮手們開炮的時(shí)候，需要瞄準(zhǔn)偏東的位置。
以我們上面那個(gè)例子來說，因?yàn)樯婕暗木嚯x很遠(yuǎn)，時(shí)間很長，因此科里奧利效應(yīng)將會(huì)體現(xiàn)得很明顯。而在現(xiàn)實(shí)生活中，科里奧利效應(yīng)幾乎不可察覺。讓我們假設(shè)你開著一輛汽車以 100千米/時(shí)的速度向北行駛。在科里奧利效應(yīng)的作用下，每秒鐘將會(huì)偏離正北方向約3毫米。在連續(xù)不停開一小時(shí)車之后，你一共偏離了正北方向也不過10米。如此微小的變化，你根本不可能注意到。
然而，科里奧利效應(yīng)還是存在的。雖然幾乎難以察覺，但若是經(jīng)過長距離和長時(shí)間的累積，就會(huì)變得明顯。在合適的情況下，偏移的距離可以說是相當(dāng)巨大的。
三、臺(tái)風(fēng)形成的原因
我們知道在北半球太平洋區(qū)域，夏季特別容易形成臺(tái)風(fēng)，而臺(tái)風(fēng)的形成也和科里奧利效應(yīng)有關(guān)。
夏季，北半球處于夏季，太平洋區(qū)域的空氣被加熱膨脹往上升，空氣密度下降，壓強(qiáng)減小，于是產(chǎn)生低壓區(qū)域。在大氣層中，一處低氣壓的區(qū)域就好比一個(gè)吸塵器，會(huì)吸引四周的空氣。
讓我們來舉個(gè)簡單的例子，我們身處北半球，假設(shè)高氣壓區(qū)域的空氣被低氣壓區(qū)域虹吸，空氣向低壓區(qū)域流動(dòng)的方向不是朝著正南，就是朝著正北。相對于前面說到的那個(gè)低氣壓區(qū)域來說，從南邊過來的空氣向東移動(dòng)的速度要比該區(qū)域空氣向東移動(dòng)的速度快，此時(shí)空氣向東偏移。從北邊過來的空氣向東移動(dòng)的速度比該區(qū)域空氣向東移動(dòng)的速度慢，此時(shí)空氣向西偏移。兩個(gè)方向的空氣偏移疊加起來，形成了一個(gè)以該低氣壓區(qū)域?yàn)樾牡哪鏁r(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的漩渦。這個(gè)氣象系統(tǒng)就被稱為氣旋系統(tǒng)。
對于南半球來說，這一現(xiàn)象是反過來的。南半球的低氣壓區(qū)域會(huì)形成順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的漩渦，因?yàn)閺谋狈絹淼目諝庀驏|運(yùn)動(dòng)的速度更快，從南方來的空氣向東運(yùn)動(dòng)的速度更慢。南半球的空氣漩渦方向和北半球相反，這一系統(tǒng)則被稱為反氣旋系統(tǒng)。
如果這一系統(tǒng)持續(xù)的時(shí)間足夠長，達(dá)到幾天或者幾周，它蘊(yùn)含的能量能夠增至巨量。溫暖的海水源源不斷地把更多的能量帶入系統(tǒng)，讓它變得越發(fā)強(qiáng)盛。系統(tǒng)中，空氣越靠近中心區(qū)域就流動(dòng)得越快，就像花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員收緊胳膊就會(huì)旋轉(zhuǎn)得更快一樣。如果風(fēng)能夠獲得足夠的能量，達(dá)到每小時(shí)100千米甚至以上的速度，颶風(fēng)就誕生了( 如果是在太平洋區(qū)域的話，就是臺(tái)風(fēng))"。
四、為什么下水漩渦的旋轉(zhuǎn)方向與科里奧利效應(yīng)無關(guān)？
正如我們在上文已經(jīng)說過的，只有在距離足夠遠(yuǎn)、時(shí)間足夠長的情況下，科里奧利效應(yīng)才能夠累積成一個(gè)明顯的現(xiàn)象。哪怕是全世界最奢華的浴缸，也要放大數(shù)千倍才能夠觀察到科里奧利效應(yīng)，正常浴缸里的水很快就會(huì)流光，根本沒有時(shí)間讓科里奧利效應(yīng)呈現(xiàn)。我們可以從數(shù)學(xué)上證明，你浴缸里的水隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)都要比科里奧利效應(yīng)影響下的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大好幾千倍，也就是說，任何隨機(jī)方向的漩渦都可以輕松地蓋過科里奧利效應(yīng)。如果你浴缸的下水總是朝著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)， 那么浴缸的具體形狀在其中產(chǎn)生的作用要比地球自轉(zhuǎn)在此處起到的作用多得多。
夢想當(dāng)物理學(xué)家的執(zhí)著人士已經(jīng)用家用洗手池做過相關(guān)實(shí)驗(yàn)了。他們發(fā)現(xiàn)，普通的洗手池中的水需要靜置超過三周，隨機(jī)產(chǎn)生的水流才會(huì)逐漸消失，使得科里奧利現(xiàn)象被人們所觀察到。不僅如此，他們還不得不讓洗手池一滴一滴地往外排水，為了讓科里奧利效應(yīng)有足夠的時(shí)間慢慢積少成多。而你在家里洗手池中洗嬌貴衣物時(shí)，恐怕看不到科里奧利現(xiàn)象。
對于你家的馬桶來說，也是一樣的。一想到這事我就覺得好笑:事實(shí)上，讓水流旋轉(zhuǎn)是馬桶專門設(shè)計(jì)出的功能。這樣的設(shè)計(jì)能夠讓那些——呃，怎么說呢——不肯被輕易沖走的東西更容易被沖走。抽水馬桶里的水在通過管道注入馬桶的時(shí)候是有一定角度的，所以它總是朝同一個(gè)方向沖!如果我把我的馬桶從墻上拆下來，抱著它飛到澳大利亞，它的下水方向也不會(huì)發(fā)生任何變化!
所以，將科里奧利效應(yīng)曲解為某種可以作用在小范圍內(nèi)的效應(yīng)是個(gè)貽害無窮的謊言。
好了，這一講就到這了。
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