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地转偏向力使得北半球的河流向右弯曲

(2018-09-11 16:32:28)
分类: 感怀自然

地转偏向力使得北半球的河流向右弯曲

秋雨

读了今天“科普中国”发的《大多数的河流都是弯曲的,很少有笔直的,这是为什么呢?》文章用流体力学中的二次流现象,科学地解释了河流和海岸线发生弯曲的问题,读后受益匪浅。但是,二次流现象无法解释初始的弯曲原因,同时也无法解释北半球的河流流过平原时,尤其是在古代,为什么总是向着右侧弯曲?譬如,从公元前602年起至公元1938年的2540年间,流经华北平原上的黄河,发生决口泛滥的年份有543年,改道达1590多次,较大的改道有26次,大的改道有9次,且每次改道均是向东和向南改道,这是为什么?

科学解释这一现象就不能再用二次流现象,需要用地转偏向力。地转偏向力是指地球上一切作水平运动的物体,由于地球自转而发生偏向的一种力。地转偏向力是由法国数学家古斯塔·加斯佩德·科里奥利于公元1835年研究发现的。由于地球的自转,当物体相对于地面运动时,对于站在地面上的观察者来说,感到物体运动的方向发生了改变,于是便设想物体受到一种力的作用,此力就被称为地转偏向力,也就是物理学中的科里奥利力。

在北半球,假若一物体自南向北运动,物体起始时地面向东偏移的线速度大,末了地面向东偏移的线速度小,由于惯性物体仍保持原来向东比较快的线速度,于是站在地球上看物体前进的方向也就向东边偏离原来经线的方向;假若一物体自北向南运动,物体起始时地面向东偏移的线速度慢,末了地面向东偏移的线速度快,由于惯性物体仍保持原来向东比较慢的线速度,于是站在地球上看物体前进的方向也就向西边偏离原来经线的方向。物体移动的速度越快,其偏离得也就越多,且都是向移动方向的右侧偏移。
在南半球,其结果正好相反,物体会向移动方向的左侧偏移。

由于地球的旋转,使北极地平面产生了一个绕地轴作逆时针方向的转动,南极地平面产生一个绕地轴作顺时针方向的转动,它的角速度就是地转角速度。如果有物体相对于极地平面运动时,站在地面上的观察者会感到物体受到一个平行于地平面的力作用,这个力称为水平地转偏向力。水平地转偏向力在北极为逆时针,在南极为顺时针。

由于地球的旋转,使赤道地平面产生一个绕与地轴垂直的平面方向的转动,而只有水平方向的角速度。如果有物体相对于赤道地平面运动时,站在地平面上的观察者会感到向东运动的物体受到向上的力作用,而向西运动的物体受到向下的力作用。这个力称为垂直地转偏向力。

航天器总是向东发射,就是因为垂直地转偏向力这一原因。

赤道与极地之间的各纬度上,相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力,既有垂直地转偏向力,也有水平地转偏向力。地转偏向力是由于地球自转而产生的力,它不是真正的力,而是惯性力。地转偏向力只在物体相对于地面有运动时才产生,只能改变物体运动的方向,不能改变物体运动的速度,其偏值正比于运动速度,随纬度升高而增大。地转偏向力可分解为水平地转偏向力和垂直地转偏向力两个分量,赤道附近运动物体不受水平偏向力的影响,极地附近运动物体不受垂直偏向力的影响。

受地转偏向力的影响,北半球的河流总是冲刷右岸,由于古代生产力低下,只能任凭河流自由弯曲,弯曲到一定程度,量变达到质变,河流开始改道,千百年来黄河一次一次地改道就是这个原因。河流初始的弯曲原因是地转偏向力的存在,北半球的河流总是向右弯曲,也是因为地转偏向力的原因。当然,受地转偏向力的影响,南半球的河流总是向左弯曲。未来,人类抵达火星,火星上出现河流时,也会出现与地球上河流相同的弯曲。但是,假若金星上出现河流时,其弯曲与地球上的河流相反,因为金星上的太阳西升东落,金星的自转方向与地球相反。

地转偏向力对地球上所有运动着的物体都有作用,北半球铁路如果总是行驶一个方向的列车,右侧的铁轨会先坏。大气的运动由于受地转偏向力的影响,从而形成了大气中的各种环流。

由上可知,同时用二次流现象和地转偏向力解释河流弯曲,会更接近科学。

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