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「許多人認為,科氏力會讓北半球的水槽或馬桶中的水以逆時鐘方向流入下水道,而南半球則是順時鐘。但那只是個迷思!科氏力的影響力太弱,無法改變水流入下水道的旋轉方向。順時鐘或逆時鐘流下,其實是取決於裝置的設計。」----(圖文摘自《國家地理終極氣象百科》)
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北半球科氏力方向 在 Facebook 的最讚貼文
第二部分「為何感覺不到地球自轉?非慣性座標系裡的慣性力」
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未讀第一部分的朋友可以先看:facebook.com/davidyu.phycat/posts/239431704213490
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感覺不到地球自轉的原因就像感覺不到地球表面彎曲的一樣,人類對比地球實在太渺小。正如必須望向遠方海平線才能看見船帆先於船身出現,我們亦必須跨過遙遠的距離才能感受到地球自轉所造成的影響。
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大家有玩過公園裡的遊樂設施「氹氹轉」嗎?它是一個會旋轉的大圓盤,盤上有支架。如果我們捉住支架在地上圍著氹氹轉走,然後跳上去,我們會感覺到一股力將我們推出去。這時放手的話就會被拋出去了,這就是所謂的「離心力」(centrifugal force)。如果各位在香港坐過會上高速公路的小巴,亦可以感受這種刺激的感覺。
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但如果我告訴你,離心力其實並不存在呢?事實上,離心力屬於慣性力(inertial force),又稱為假想力(fictitious force),是在非慣性參考系觀察物理現象的產物。參考系是數學語言,指用來描述物體位置、速度等物理參數的坐標系統。慣性參考系就是互相靜止不動或者以等速移動的坐標系。
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簡單來說,雖然牛頓力學在日常情況下適用於任何參考系,但在非慣性參考系裡使用牛頓力學就會出現慣性力。最常見的例子就是圓周運動。站在氹氹轉上的人在進行圓周運動,運動方向有所改變(注意物理學中的速度概念包含速率和方向),因而是個非慣性參考系。而站在地上看著氹氹轉的人則身處一個慣性參考系之中(事實上只是近似慣性參考系,因為地球也在動)。
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因為氹氹轉在旋轉,慣性定律卻說物體在不受外力的情況下只會沿直線前進,在氹氹轉上就必須施力才能跟隨氹氹轉旋轉,一旦放手就會被「拋出去」。然而,氹氹轉旁邊的觀測者只會看見一個因捉不住支架而直線飛出去的人。順帶一提,捉住支架的力當然是真實的力,叫做向心力(centripetal force)。
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現在可以回到地球自轉的問題。會自轉的地球是個非慣性參考系。就像在氹氹轉上一樣,地球上也會感受到離心力。事實上,這個離心力會抵消掉部分重力,使我們在不同緯度感受到不同的體重!用比較精確的物理詞彙,就是重力的一部分提供了給跟隨時球自轉所需的向心力。
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由於赤道與地球自轉軸的垂直距離最遠,自轉速率最快,需要較多部分的重力提供向心力。南北兩極與地球自轉軸的距離則為零,重力無需提供給向心力。因此,站在赤道時的離心力會令體重比站在南北極時減少大約0.35%。
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另一個我想簡單介紹的慣性力叫做科里奧利力(Coriolis force,簡稱科氏力),或者叫做科氏效應(Coriolis effect),描述在地球表面上移動時感受到的慣性力。由於地球並非一個圓盤而是個球體,因此科氏力的方向並不在本地水平面(local horizon)之上,與之有個夾角。把這個力拆開,可以得到兩個方向的分力,分別為與水平面平行的分力(遺憾地,這個分力亦稱為科氏力),和與水平面垂直的、稱為Eötvös效應的分力。
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平行本地水平面的科氏分力會使任何在北半球水平移動的物體向移動方向的右方偏轉(俯視時為順時針方向),同時使任何在南半球水平移動的物體向移動方向的左方偏轉(俯視時為逆時針方向)。這就是颱風形成的原因,因而源自南半球和北半球的颱風會有相反的旋轉方向。Eötvös效應會在除離心力之外進一步改變我們感受到的重力。向東走時,Eötvös效應會進一步加強離心力,抵消更多的重力。反之,向西走時反而會加強了向下的力,就好像加強了重力般。
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[有趣的是,源自北半球的颱風是逆時針方向旋轉的,剛好與科氏效應相反!這是因為颱風的形成過程是三維的,我正在寫一篇文章詳述。]
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日常生活感受不到上述離心力、科氏力和Eötvös效應的原因很簡單,就是因為人類相對地球的尺寸來說,太過渺小。只有在作長距離移動時,我們才能察覺到這些慣性力。例如,炮彈彈道計算必須考慮地球自轉、飛機飛行感受到科氏力、大規模空氣流動形成颱風等。順帶一提,有都市傳說指科氏效應會導致南北半球馬桶沖水方向相反,這是不正確的。對比地球尺寸,馬桶實在太渺小了,作用在沖廁水上的科氏力比沖廁時水流的隨機擾動細微得多,沖水方向並不會受科氏效應影響。
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歷史上首位直接測量到科氏效應的人是德國化學家懷斯(Ferdinand Reich)。物件自由落下時,由於移動方向為地心,計算指出科氏力會指向東面。在1831年,懷斯從160米高的地方掉下物件,發現物件落下的地點果然向東偏差了2.8厘米。
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那有沒有辦法在不作長距離移動的情況下,證明地球會自轉?答案是肯定的。1851年,法國物理學家傅科(Jean Bernard Léon Foucault)用一個簡單實驗證明了地球確實會自轉。他用一條67米長(好吧,這也很長就是了⋯⋯)的線吊著一個28公斤重的鉛球,形成一個很長很重的擺,掛在巴黎先賢寺的天花版上。因慣性定律同樣適用於鐘擺,擺動平面在慣性參考系裡不會改變。擺動平面不變與物理學中的角動量守恆原理有關。但因地球自轉,地球上的人就會觀察到擺動平面隨著時間改變。
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[這個實驗設備稱為傅科擺(Foucault pendulum),是世上每個科學博物館的必備展品。很多人會在早上很早就到博物館去,就是為了看工作人員開始擺動傅科擺的一刻。]
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現在我們理解到,古希臘時代的差不多兩千年後,懷斯與傅科的實驗終於直接證明了地球會動。我們會在下一節討論太空是否真的是「無重力」。
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北半球科氏力方向 在 阿瑪 - Surfing Life in Taiwan Facebook 的最佳貼文
90W特別快報
#對台灣本島陸地不影響
#不會放假
#討厭的共伴效應讓海象糟糕長浪更危險
秋天多股勢力相互牽絆影響
上周二時預期90w生成後可能由台灣南部經過
在東北季風力道調整後,日本又遭殃
東北風吹拂讓熱帶低壓路徑沒有選擇
為什麼提早北轉而不南偏?
在地球上的所有事物都被「科氏力」影響
在旋轉體系中進行直線運動的質點會發生偏移
地球自轉會造成這種慣性力,北半球向右
包括颱風內部結構
北側環流內力較大,加上洋流與高低壓流向
颱風大方向才會向西又向北
而非向南或向東(除非小範圍勢力壓迫)
藍藍周一簡單提供觀察
詳細待周三連假前再發
整周主要影響:
東北季風+90W外圍形成共伴效應
周一二三、東北季風吹、風大浪亂
專心上班集點,除非是成功人士(周二)
餐廳風向也都偏海風不會漂亮(六日才優)
周四五六、90w遠距離長浪影響
北海岸宜蘭浪大,風還沒停
找冬天浪點且不容易起的那種
便當,鴨肉什麼的就不用想了
東部距離更遠角度更閃
無論閃風點/浪型CP值都是首選
南部回佳吹風狂砂壯觀,南灣陸風型美
西岸不用特別跑
上周的連假預報自己每天觀察複檢
差距不大
如果表格模式方便閱讀的話
本周連假前也依此模式
北半球科氏力方向 在 關於科氏力南北半球偏向差異- 科學板 的推薦與評價
不好意思請問各位地科大神,關於科氏力我在網路上找到的資訊大致能夠理解,例如從北極上空鳥瞰地球自轉,自轉方向為逆時針,南極上空鳥瞰則為順時針。 ... <看更多>
北半球科氏力方向 在 【自然系列-地科| 國三上】柯氏力 - Facebook 的推薦與評價
... 北半球 高氣壓是順時針 方向 向外流出,以逆時針 方向 像低氣壓流入?還有為何地球自轉會影響風向?...等。... | By LIS 情境科學教材| Facebook. 轉換到基本 ... ... <看更多>
北半球科氏力方向 在 [討論] 地球西向東自轉產生科氏力的原因及相關問題 的推薦與評價
是因自轉影響空氣的運動慣性嗎? 北半球西風帶形成是不是也同原因?
如果是的話北極到赤道的風向怎不是因慣性所以往東南吹??
還有在同緯度的地區,風向會不會也受到地球自轉所以熱空氣往還沒日出
的同緯度地區吹,因為搞不懂溫度跟自轉到底哪個影響東西風向比較多
抱歉身為地球人卻一直搞不懂地球風向跟科氏力,好想死QAQ
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※ 編輯: EagleBear (114.24.24.226 臺灣), 06/10/2019 11:29:31
所以近副熱帶高壓西風帶因科氏力跟西風帶裡南北溫差大造成的
那赤道信風帶跟東西溫差有關係嗎??
※ 編輯: EagleBear (114.24.24.226 臺灣), 06/10/2019 12:34:58
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