馬桶抽水的漩渦是地轉偏向力造成的嗎?
不是
地轉偏向力對於馬桶抽水的影響非常小,根本就產生不出什麼看得見摸得着的效應。是器具的形狀更大的影響了水流的方向。
地轉偏向力,是一個更爲普遍的“力”之中的一個特例,這個“力”的大名就叫做科里奧利力。這其實不是一個真正的力,物理學家們把它稱作一種慣性力,也就是說是由物體的慣性產生的力。在一個轉動的參考系中就會出現科里奧利力,只要是在這個參考系中運動的物體都會好像受到一股垂直於運動方向的力,從而偏離開它的軌道。
科里奧利力專愛找運動物體的麻煩。它的公式是:Fic=-2ω×mv。在這裏,m是物體的質量,ω是指示參考系旋轉速度和方向的向量(就是方向和數量的一個組合),而v則是物體在這個參考系中運動的速度向量。這個乘號也有講究,它不是一般2×3的那種乘法,而是一種特別爲向量設計的乘法,通常叫做叉乘。而Fic就是這個物體在這個參考系中受到的科里奧利力。
我們向來認爲地球是不動的,但是地球其實在一刻不停地自轉,雖然轉得不快,24小時才轉一週,但它的確在轉動。所以地球其實是一個轉動的非慣性系,任何運動的物體在地球這個參考系中都會受到科里奧利力的作用。地球的ω的方向是從南極指向北極的,於是在北半球的話這個向量大約是從地下指向天空的,於是一切平行地面運動的物體受到一個向它們運動方向右邊的科里奧利力的作用,於是就向右偏轉了。同樣的道理,在南半球這個向量是從天空指向地下的,於是乎一切東西都反轉了過來,平行地面運動的物體這回受到的科里奧利力的作用就是向左邊的了。
但是我們只要稍微估算一下就會知道水流漩渦產生的原因是不是科里奧利力了。假設水流跑得跟劉翔差不多快,也就是10米每秒的樣子,而且速度完全平行於地面。即使這樣,水流受到的由於科里奧利力產生的加速度最多也只不過是0.001米每平方秒。如果馬桶的直徑有1米,而水流是從馬桶邊徑直衝向中心的話,到達中心的時候由於科里奧利力產生的偏轉還不到半毫米,根本就產生不出什麼看得見摸得着的效應,更何況是我們平時看見的漩渦了。
實際上,排水口和馬桶們產生漩渦的原因多半是由於它們自身的構造問題。有的馬桶就是特地設計漩渦式沖水的,這樣的話無論你把它挪到地球上什麼地方它都只能產生同一個方向的漩渦。而對於一般的排水口,由於結構,有時候它們會偏好形成某個方向的漩渦,而更多的時候是兩種旋轉方向的漩渦都會出現。
簡單來說,就是地轉偏向力存在,但是大小不足以產生日常生活中看到的水的漩渦。更大的影響是器具本身的不規則性。
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