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抽水马桶的漩涡方向受地球自转影响

时间:2022-02-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:他报道了一个成功的,并确认是因为科里奥利力产生的漩涡。
抽水马桶的漩涡方向受地球自转影响_知乎周刊・201

谣言:抽水马桶的漩涡方向受地球自转影响


梁昊


谣言:抽水马桶的漩涡方向受科里奥利力(地球自转)影响,可以以此确定自己是在南半球还是北半球


@北风三代 在回答里提到:


在抽水马桶这么小的尺度上科里奥利力几乎起不到任何作用,马桶漩涡朝哪个方向旋转只受马桶自身结构影响。


我来补充一下:


事实上这个谣言可能有很长的一段历史了,Wiki 上面也提了这个事(Coriolis effect)。马桶这个尺度的东西是不可能产生肉眼可见的漩涡的。


1962 年 Nature 上刊登了一个读者来信,专门来辟谣。他报道了一个成功的,并确认是因为科里奥利力产生的漩涡。不过他用的是一个 1.8m 直径的大脸盆,中间钻了一个 1cm 直径的小口漏水。一盆水先是静置在那儿放了一整天,以排除其他各种初始扰动的影响,然后再弄掉塞子漏水,这样才产生了肉眼可见的漩涡。


Veritasium 最近也在 YouTube 上面放了一个视频,同样是大盆小孔的条件,来实现漩涡。 


Image


简单的理论分析可以知道由于科氏力产生的漩涡的转动频率,一来正比于地球的自转频率,地球每天转一圈,那么这个是 1/86400s,相当小的一个量。


二来正比于盆子的直径除以小孔的直径,然后再平方。对于这些成功的实验来说大概(1/0.01)^2,是万的量级。


两个一乘刚好是 1 的量级,这样就肉眼可见了。


至于生活中的那些池子,第二个因子一般只能达到(0.1/0.01)^2=100 的量级,合成起来也只有 0.01Hz 上下的频率,自然肉眼看不到。


至于这个结果怎么来的,我们可以这样考虑:


水盆里的水相对地面是不动的,那么相对一个绝对惯性系来说肯定是在转:跟着地球在转。当水从盆子的边上流向中央的小孔时,如果我们忽略水的黏滞阻力,由于角动量守恒,水的角速度会按照Image的关系增大,从而得到我之前所说的那个公式。


Image


这样我们就发现了一个问题,这个漩涡,是通过角动量守恒,将微小的地球自转角速度放大到肉眼可见的尺度从而产生的。那么,在洗手池、抽水马桶等场合,由于各种各样的原因导致池子里的水有一个微弱的,但是比地球自转快得多(比如说几分钟转一圈)的转动,同样通过角动量守恒的放大,必然会掩盖掉地球自转产生的效果。我们便可以从另一个角度来论证,平常看到的漩涡的方向,和南北半球一点关系都没有。


2015-06-18


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