水流為何有快有慢
作者: 張鈞瑜 發(fā)布日期:2020年07月14日 瀏覽次數(shù):
同樣一條河流,為啥兩岸的流速有快有慢?
這跟地球的自轉(zhuǎn)有關(guān),準(zhǔn)確地說(shuō)是跟地球自轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的偏向力有關(guān)。由于法國(guó)物理學(xué)家科里奧利1835年第一次詳細(xì)地研究了這種現(xiàn)象,因而又被稱(chēng)作“科里奧利力”。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),地面上水平方向運(yùn)動(dòng)的物體(氣體、液體和固體),在地球自轉(zhuǎn)的影響下其運(yùn)動(dòng)方向要發(fā)生偏轉(zhuǎn):在北半球向右偏,在南半球向左偏,并且地球自轉(zhuǎn)偏向力隨地理緯度的降低而減小,在赤道地區(qū)為零。
盡管地轉(zhuǎn)偏向力非常微弱,但是我們也還能看到某些它的效應(yīng)。要看到一個(gè)微弱的東西產(chǎn)生的效應(yīng),最好的辦法在大尺度和長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程里邊觀察它。
如果我們從衛(wèi)星云圖上面看的話,所有在北半球的臺(tái)風(fēng)都是向外順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的,這就是科里奧利力玩的把戲。在地面附近,臺(tái)風(fēng)中心處的氣壓會(huì)特別低,所以風(fēng)是向臺(tái)風(fēng)中心吹的。而當(dāng)這么多空氣跑到臺(tái)風(fēng)的中心之后,會(huì)一直沿著風(fēng)眼的壁旋轉(zhuǎn)著向上爬到達(dá)云頂。所以,在云頂?shù)娘L(fēng)是向外吹的。這時(shí)候,地轉(zhuǎn)偏向力就會(huì)使氣流的方向逐漸向右偏移,這就是為什么在衛(wèi)星云圖上的臺(tái)風(fēng)總是一個(gè)漩渦。
也有人造的儀器可以展示地轉(zhuǎn)偏向力,比如說(shuō)傅科擺,它通過(guò)展示地轉(zhuǎn)偏向力的效應(yīng)證實(shí)了地球的自轉(zhuǎn)。
當(dāng)初,法國(guó)物理學(xué)家傅科(Jean Focault)在巴黎先賢祠放這個(gè)擺,目的的確是要展示地球在轉(zhuǎn)動(dòng)。在巴黎先賢祠的這個(gè)傅科擺,擺長(zhǎng)67米,重28千克。之所以傅科選擇這么長(zhǎng)這么重的擺是有原因的。擺長(zhǎng)越長(zhǎng),擺的速度就越大,偏轉(zhuǎn)的效應(yīng)會(huì)更加明顯。而大質(zhì)量的擺相對(duì)也不容易受空氣阻力等干擾。為了顯示擺的軌跡,在擺下還有一個(gè)沙盤(pán)。如果地球是靜止的話,他的擺應(yīng)該只會(huì)在沙盤(pán)上畫(huà)出一條唯一的軌跡,并且沿著這條軌跡不停的往復(fù)運(yùn)動(dòng),直到摩擦力使它失去所有能量為止。
但事實(shí)是,傅科擺在沙盤(pán)上畫(huà)出的軌跡會(huì)非常緩慢地向右偏轉(zhuǎn)。使擺的軌跡偏轉(zhuǎn)的力量正是地轉(zhuǎn)偏向力。在每一次擺動(dòng)中,地轉(zhuǎn)偏向力都使擺偏轉(zhuǎn)了一點(diǎn)點(diǎn),每個(gè)小時(shí)擺的軌跡都會(huì)向右轉(zhuǎn)過(guò)11度,大概32.7小時(shí)擺才會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一圈,這個(gè)周期會(huì)隨著擺所在地的緯度變化。