Как сильно влияет сила Кориолиса на направление вращения воды, вытекающей из отверстия?
Многие люди считают (еще со школы), что одним из эффектов действия силы Кориолиса является завихрение воды, выходящей из ванны или раковины. Принято считать, что вода, вытекающая в северном полушарии, вращается в противоположном направлении по сравнению с водой в южном полушарии. После испытаний в различных сосудах я считаю, что это мнение ошибочно.
Мой вопрос заключается в том, что и в какой степени влияет на направление вращения воды, вытекающей из сосуда через отверстие, и какой вклад вносит сила Кориолиса?
ОТВЕТ
Я поздравляю вас с научным подходом к вопросу, обращаясь к опыту. Сила Кориолиса действительно слишком мала, чтобы проявиться в типичном эксперименте с оттоком.
Напомним, что сила Кориолиса - это фиктивная сила, которая вводится во вращающихся системах, чтобы заставить законы Ньютона применяться к ним (в чистом виде они применимы только в инерциальных системах, к которым вращающаяся система не относится).
Чтобы представить себе результат такого эксперимента, полезно поместить его на полюс. В инерциальной системе вода будет приближаться к полюсу по прямой линии, в то же время Земля будет вращаться. Поэтому направление движения воды относительно Земли будет постепенно поворачиваться. Поэтому мерой кривизны траектории движения относительно Земли будет угол, на который Земля поворачивается при движении воды. Поскольку в реальном опыте это движение занимает секунды, можно увидеть, что трек будет представлять собой прямую линию с большой точностью. Из этого можно сделать вывод, что сила, которая заставляет воду вращаться, наблюдаемая в эксперименте, больше силы Кориолиса примерно на три порядка (Земля вращается на значительный угол в часах).
При поиске причин, заставляющих текущую воду вращаться, можно упомянуть форму сосуда с пониженной симметрией, а также отклонение налитой в сосуд воды от идеально осевого направления.
Последующий вопрос: Предположим также, что у нас есть абсолютно симметричный сосуд, выход которого идеально центрирован. Предположим также, что его объем неограничен. Сможет ли в таком случае сила Кориолиса заставить вытекающую воду вращаться в противоположном направлении в каждом полушарии? Если да, то что произойдет на экваторе?
Ответ: Я не знаю, почему неограниченный объем. Необходимо обеспечить отсутствие вихря в самом начале, например, дождавшись, пока вязкость воды приведет к исчезновению всякого движения, а затем удалить пробку из выпускного отверстия. После достаточно длительного времени можно ожидать появления значительного вихря с направлением, определяемым силой Кориолиса. На экваторе никакого эффекта не будет.
Комментарии
Отправить комментарий