2007年2月27日 星期二

北半球與南半球的水流漩渦有何不同?

今天代 317 班的地球科學時提到科氏力。

不知道你有沒有看過哆啦A夢?有一回哆啦A夢拿出一台謎語機器,這台機器會出題,祇要你答出答案就可以得到一枚金幣,時間到回答不出來就被雷電一次。

大雄拿到一個問題:『請在 30 秒之內繞地球一周』,他當場傻眼。然後,就被雷電了。他很不服氣:『要我在 30 秒內繞地球一周,怎麼可能?』

[@more@]

是的,如果你現在站在赤道上,要你 30 秒內繞地球一周的確是不可能;但是如果今天你站在南、北極的地球自轉軸軸心邊,那麼要 30 秒繞地球一周就不是問題了。因為你就在軸心軸邊,繞著軸心小小的轉它一圈也是繞地球一周。你沿著赤道線跑一次也是繞地球一周,但是在南北極軸心處繞一周與在赤道繞一周,那跑過的距離可是天差地遠。

地球自轉時,每一個部位的速度會不一樣。在南北極軸心附近,繞一圈短短三五步路的距離,地球可是花一天的時間來完成;沿著赤道繞地球一周距離很長,地球還是花一天的時間完成。顯然在赤道附近,地球自轉的速度會快很多。

所以,當你站在經度 0 度、緯度 0 度的赤道這一點上,往北極方向 (經度 0 度,緯度 90) 大力的丟出一顆球,你會發現,這顆球會掉在離經度 0 度那條線的右邊一點點。因為當球從你的手中離開的那一瞬間,這時候它身上受到幾種力的影響。

第一個是你丟出去的力氣,這提供球的初始速度,會使球往北方飛;第二個是地球給予球向右飛行的力。關於第二點,應該是很容易理解的,因為地球上所有的物體都會隨著地球的逆時針自轉而移動,地球向逆時針自轉 10 公里的同時,你也被地球帶著逆時針移動了 10 公里。不會說隨著地球的自轉,結果你站立的位置一直往後退。

而在赤道上,地球自轉的速度最快,越往北 (南) 走,自轉速度越慢,所以一顆從赤道向北方丟出的球,它逆時針方向飛的速度最快,它在往北飛時,它所遇到的物體逆時針移動的速度越來越慢 (因為地球自轉的速度越北越慢),所以在它落到地面之前,它會比這些位於赤道以北的物體向逆時針方向多飛一點點距離。

不祇是球是如此,地球上的氣團、水流都會受到地球自轉的影響。地球上氣團由高氣壓流向低氣壓時,受到地球自轉的影響,在北半球會發現高氣壓氣團會逆時針旋向低氣壓地區,而南半球則產生順時針旋轉的氣流。這種因為地球自轉造成氣團、水流產生旋渦的力,我們就稱之為科氏力。

前言結束。

今天上課上到這個地方,我想到阿簡老師蜜月旅行時就做過這個實驗。阿簡老師到赤道附近旅遊,他們拿一個水槽在赤道線以北約一公尺的地方裝滿水,再放空。結果發現水流產生逆時針的漩渦 (見底下由阿簡老師拍攝的影片)。

在赤道線以南約一公尺的地方,產生的漩渦是順時針的 (見底下的影片)

那你會不會很好奇,如果在赤道線上做這個實驗,結果會產生什麼樣的漩渦呢?答案是,沒有漩渦產生 (請見底下影片)!! 有趣吧?!

感謝阿簡老師拍攝這段影片;感謝現在網路發達,讓我們有機會可以看到影片。看影片的樂趣可是比以前看單純看書本介紹有趣多了啊!!:) 所以我下課時跟學生說:『ㄟ,老師手上有科氏力的影片喔!!我今天就放到我的部落格上,你們可以來看看!!』

雖然祇是代課,可是,317 的同學們,我沒有食言喔!!:)

延伸閱讀:

  1. 科氏力淺說
  2. 水盆洩水時的水流方向
  3. Wikipedia:科氏力

Technorati : , , , , , , , , , ,