为啥水经过下水道口形成的漩涡会逆时针转
别信高中地理老师讲的那一套,说什么地球自转对运动的物体产生科里奥利力,导致运动方向偏转。科氏力当然存在,台风的旋转就是它造成的,但是小小一个水漕,这个力的作用可以忽略。如果允许我对水糟的下水口进行加工,我能让水往任何方向转。
之前有个所谓的科普,在相隔几米的地方放3个水漕,一个在赤道上,一个在南边几米远,一个在北边几米远处,当场演示一个不转,一个顺时针,一个逆时针。观众惊呼,才这几米,就这么明显?其实科氏力的作用远小于其它因素。
■网友的回复
生活中漩涡形成原因主要是水流方向与入水口有偏差造成,科氏力在生活中太小了,不是主要因素。
■网友的回复
谢邀。我考虑过这个问题。我原来准备写一篇文章,现在,你或网友正好邀请我就这个问题写个答案,那我就写在这里,并且,一并解释具有相同原因的气旋和台风:
对于这个问题,书上、词条上都是用科里奥利力进行解释的,但是,我一直也没有看到过具体作用过程的解释,而且,他们又说科里奥利力是一种虚拟的力。我在这里是用动量矩守恒定律解释的,并且给出具体作用过程和原理的解释,并有实例。如有研究人员对我的这个新解释有意见,欢迎提出,大家讨论。
【为啥水经过下水道口形成的漩涡会逆时针转】 在北半球,水池漏斗中的水流旋涡是反时针转动,我们以北纬40.1度、40度、39.9度三条线为例来说明。当然,水池的直径没这么大,这是举例,少用几个零。但热带气旋就可以很大,大的直径可达上千公里,而生成的基本原因与此相同。
实际上,水池中的水平面并不与地球自转轴平行,而是高纬度地区离自转轴近,低纬度地区离的远。下水口在中间的40度处,因为有水向下流出,所以,周围的水都向这个中心运动。原来水池内的水是静止的,与地球自转同速运动,南面39.9度处的水原来静止,现在,因为它向40度处的下水口流动,这时它与地球自转轴的距离在缩短,根据动量矩守恒定律,它必然加速,即大于地球的自转,也就是产生向东的运动以及加速度,可换算成力矩。而北边40.1度处的水,由于向40度处流动,它与地球自转轴之间的距离是增大,同样根据动量矩守恒定律,这时它必然减速,也就是低于原来静止时的速度(地球自转速度),即它必然向西流动,有加速度,有力矩。当然,这只是举39.9与40.1两处水的例子,实际上,南北方只要向中间流动的水都有这种增速(向东运动)与减速(向西运动)。这两个运动加上向中间下水口的运动,首尾相接最终形成反时针旋转。对每个水分子来说,这个力矩很小,但每一个由南向北和由北向南运动的水分子都有质量,所以都能产生力矩,力矩加在一起,再加上持续一定的时间,就能看到漏斗水池中水的旋转。热带气旋也是由相同的原因形成的,由于它的直径大,持续的时间长,旋转能量不断积累,所以,能量与风速可以很大,台风就是强烈的热带气旋。
另外提一句。在北半球,南北流向的河流,其东河岸更容易被冲刷侵蚀,这也是因为水流由南向北流动时产生了向东的加速运动。
热带气旋也是因气流上升,使中部气压降低,周围的空气象中部流动,类似水池中的水向中部漏斗处流动。气旋的方向也是在北半球是反时针转,在南半球是顺时针转。这种中部低气压的气旋,和中部水位略低的水池漏斗旋涡的维持,一方面是有向下的漏水,或者向上的低气压即较轻的空气上升,另一方面是靠离心作用,分子被向外甩出,使中部的低水位或低气压能在相当长的时间内维持,这种低水位或低气压又是一种向心力,使分子不至于因甩出而脱离。至到这两个原因消失为止,以台风为例,中部的气流不再上升了,旋转动能也耗散的差不多了,中部的低气压离正常气压较接近了,这时台风气旋也就溃散了。
实际上,高气压区也能形成旋转的气流,它也是这种原理。只是因为它是空气从中部向外流散,所以,它在北半球是顺时针旋转,在南半球是逆时针转,与低压气旋正相反。高气压是晴天多,太阳持续加热空气来维持一段时间的。
■网友的回复
下面是不太科学的解释
这种漩涡不是随机的,与地球的旋转有关。北半球的漩涡是逆时针方向的。南半球由于地球的偏转而顺时针旋转。而在赤道上水流基本不行成漩涡,这是由于地转偏向力的作用,改变了下水时水流切入方向,导致形成不同方向的漩涡。实际上,排水口产生漩涡的形成旋涡方向与很多因素有关,比如自身结构大小,形状及盛水量,注入水时的冲动力、排水口形状与位置等。有时候它们会偏好形成某个方向的漩涡。比如实际上的抽水马桶,冲水的旋转方向是其通过设计形成的,以便能够更好地将脏污清理干净。当然也可以制作出特殊的结构,让两种旋转方向的漩涡都会出现。
但是毫无疑问,所有以地球为参考系的水流都会因为地转偏向力(科里奥利力)而产生偏转。但对于跨度比较小的运动物体地转偏向力作用还是微乎其微的。
打个比方,假设水流跑得跟刘翔差不多快,也就是10米每秒的样子,而且速度完全平行于地面。即使这样,水流受到的由于地转偏向力(科里奥利力)产生的加速度最多也只不过是0.001米每平方秒。如果马桶的直径有1米,而水流是从马桶边径直冲向中心的话,到达中心的时候由于科里奥利力产生的偏转还不到半毫米,根本就产生不出什么明显效果,更别说是漩涡了。

逆时针旋转的人工水涡,图片来源网络补充小知识
地转偏向力也叫科氏力(科里奥利力),是法国人科里奥利最先发现并用数学表述的。地转偏向力其实不是一种真正的力,而是一种惯性。这是由于地球自转产生的垂直与运动方向的一个力,且不能改变一个物体的运动速度,只能改变其运动方向。
受地球自转而产生的地转偏向力的影响,加之物体自身的惯性,在北半球,物体运动时统一受到向右的地转偏向力,同理,南半球的物体运动统一受到向左的地转偏向力。
地球在自转时,各个纬度的角速度是相同的,但是每个纬度的周长不一样,赤道最长所以线速度最大。从赤道往北或往南线速度会递减,两极的线速度一样。所以要是往北继续走由于线速度的减小,从速度快到速度慢由于惯性的作用就会往右偏。这种现象在南半球正好相反。
图片来源网络而地转偏向力对台风,气流,洋流,导弹发射的影响是非常大的,在北半球,由于科里奥利力使风向右偏离其原始的方向;在南半球,科里奥利力力使风向左偏离。由于惯性作用风速越大,产生的偏向越大。所以,在北半球,当空气向低压中心聚合时会向右发生弯曲,切入气旋中心时会形成了一个逆时针方向的旋转气流。
■网友的回复
如果你顺时钟搅动水,水就会顺时钟转。可以做个实验看看。
科里奥利力太小了理想情况下才会有用,一般它只对大规模的物质运动起作用,比如热带风暴。
■网友的回复
到南半球就顺时针转了。在非洲有个旅游项目,就是在赤道两边放两个盆,下面打了一个小孔放水,盆内放一些花瓣,可以看到一个顺时针,一个逆时针。如果你不信可以交换两个盆再做一遍。
■网友的回复
嗯,其实你可以算一下为什么在北半球,流体无论朝哪个方向流动,都会往右偏~!
首先声明一点,流体所有五花八门的流动现象都是力的原因!
下面简单分析下,在北半球为啥会向右偏。
一:纬度变化,从原纬度到高纬度,因为高纬度地球自转线速度低,使得肉眼可见的现象是,流体比低纬度地面跑得更快,往右偏了;然后原纬度向低纬度,低纬度地面线速度比高纬度快,流体比地面跑得慢,流体往右偏。(注:这里快慢,是只经度方向)。
二:经度变化,对应的是线速度变快和变慢,那么,线速度变大,那么你所需的向心力变大,向心力可以分为一个迫使你向左偏和一个把你摁地上的力,使劲向心力为万有引力的一个分力,当你纬度不变的情况下,其值不变,那么问题就来了,我速度变快了,向心力却不够,就只有做离心运动,通过刚才向心力分解可知,你有了飞起来的趋势,和向右偏的趋势。然而万有引力另一个分力的重力远比流体想飞起来的力大,所以流体未飞起来,但向右偏转趋势明显;那么线速度变慢也就能分析也向右偏。
(南半球同理分析)
那么回到初始问题,为啥排水口会出现逆时针涡流呢?流体运动,运动会往右偏,初始加速方向指向排水口,然后往右偏,则使得你从上面看到的水流呈逆时针涡流。
至于几位答主说跟设计口有关,那都可以通过受力分析可以知道,当然能否设计出北半球顺时针旋转的呢?这不是屁话么,只要你设计好力的方向,是可以实现顺时针旋转的,比如,我在出水口加个旋转叶!说得更狠一点儿,我把流道定死顺时针旋转。但,如果没有其他特别的,北半球排水都是逆时针选择,是没错的!
惯性力虽小,但流体就是很小的力也会产生形变的物质嘛!
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