地转偏向力
“凡运动,必承受”的地转偏向力
一提到“地转偏向力”,大家总是首先联想到它对地球上大气运动的影响:地转偏向力使地球上的风向发生偏转――在北半球,风向偏向气压梯度力的右侧;而在南半球,风向则偏向气压梯度力的左侧。但是,对于地转偏向力是怎么产生的,很多同学还是一头雾水。那么,究竟什么是地转偏向力呢?
我们常说的地转偏向力其实指的是“水平地转偏向力”,它是科里奥利力在地球水平方向的一个分力,与平动惯性力、惯性离心力同属于惯性力的一种――所谓惯性力并不是真实存在的力,而是惯性作用在非惯性系内的体现。如果以地球的经纬网为参照系,由于地球的自转,运动的物体相对于这个参照系产生一个加速度,这就是地转偏向力的来源。在两极,地转偏向力的竖直分量为0,水平分量达到最大;而在赤道,情况则正相反,地转偏向力的竖直分量达到最大,而水平分量则为0。水平地转偏向力的大小表示为:
f2mvsin
其中f为地转偏向力的大小,m为运动物体的质量,v为物体运动的水平速度分量,ω为地球自转的角速度大小,θ为物体所处的纬度值。水平地转偏向力永远垂直于物体运动的方向,只会改变物体的运动方向――在北半球向右偏,在南半球向左偏――而不会改变物体运动速率的大小。
地转偏向力的影响极为广泛。除了课本上提到的大气运动会被地转偏向力偏转方向之外,还有许许多多的运动物体会受到其无处不在的影响。可以说,所有在地球范围内运动的物体都会受到地转偏向力的作用。只不过由于其数值比较小,所以只有在比较大的时空尺度下才能比较明显地观察到地转偏向力作用的效果。下面举几个例子来介绍一下地转偏向力的广泛影响。
1.河流。流动的水会受到地转偏向力的作用,主要表现在水量比较大的河流上:对于一段没有明显弯曲的河道,北半球的河流对其右岸冲刷得更厉害一些,而在左岸则会堆积泥沙,南半球的情况则正相反。这种情况在高纬度地区犹为明显。
2.洋流。洋流也会受到地转偏向力的影响,但这种影响非常微弱,影响洋流方向的最主要因素则是大气环流。
3.炮弹。一战时,德军使用射程超过100千米的大炮轰击巴黎时,发现弹着点总是偏向右边,但德军在当时并未意识到这是地转偏向力造成的影响。现在,如何修正地转偏向力造成的偏差已是炮兵进行射击训练时的必有项目。而在发射远程导弹时,地转偏向力的影响更是不可忽略。
4.狙击。虽然在枪的射程内地转偏向力造成的偏差很小,但在狙击对精度的要求极高,成功与失败可能只在毫厘之间,所以地转偏向力的影响也要考虑在内。
5.铁路。在北半球,火车的右轮总是磨损得更厉害一些;长年单向通行的铁路,总是右侧的铁轨磨损得更厉害一些。因为在北半球,运动的物体受到向右的地转偏向力,所以长年驶过的火车的右轮铁轨的压力要更大一些,久而久之,右轮和右侧的铁轨就被磨损得更厉害一些。
在了解了地转偏向力的内容和种种影响后,我们来开动脑筋,思考一些与之相关的问题:
一、地球的自转速度是逐渐减慢的。那么在不考虑其他因素的情况下,经过极长的时间之后地球的南北两个副热带高压带的位置将会有什么变化?
A.都向高纬度方向移动
B.都向低纬度方向移动
C.都向北方移动
D.都向南方移动
答案:A
二、崇明岛是位于长江口的堆积岛。有人推测,未来崇明岛将会与一侧的江岸连接起来。那么在仅考虑地转偏向力的情况下,未来崇明岛最有可能与哪侧江岸相连?
A.南岸 B.北岸
答案:B
三、在中国东北某靶场内进行炮兵射击演习,使用榴弹炮向正南方的目标射击。在不考虑侧向风力影响的情况下,应将已瞄向正南方的炮口向哪个方向修正?
A.向东 B.向西
答案:A