第11章 科氏力(第2/4 頁)

里奧利）這個人在洗澡的時候，發現浴缸裡的水總是朝向一個方向旋轉入進排水口。他以牛頓力學為基礎用數學語言描述了這個現象，所以簡稱科氏力。你知道牛頓第一定律和萬有引力吧，那就好。

“想象一下在宇宙空間，這塊石頭它在地球上隨著地球自轉，我們認為這種勻速圓周運動是一種特殊的慣性狀態，它現在的軌跡便是在地球的一個緯度上。若是它朝一個方向運動，勢必改變它的軌跡。”索拉頓了一下。

王昧盯著他用手為支點擺轉的石塊，似懂非懂，徐藉麗一旁掩嘴輕笑。

“繩子、石頭、軌跡，這是一種平衡；繩子、石頭、新的軌跡，這也是一種平衡。慣性就是這樣，只有在石頭改變軌跡的時候發揮作用，它會抗拒這種改變，若是不變化，慣性便不會作用。這種作用其實是石頭自身的傾向，我們把這種傾向、這種跟地球自轉而存在的慣性表現描述為一種力，便是科氏力。江河湖泊所有流動的水，氣象季風以及流動的雲，都會受到這種力。”

“因為是‘偏離’地球自轉而存在的力，所以地質學上也稱作地轉偏向力。”徐藉麗順著索拉的話補充道。

“哦——有些明白。”王昧表示能把這些概念統一起來了。

“這只是一種抽象的表述方式，若是理解科氏力的表現規律，我們得考慮運動的不同情形。以這快石頭為例，先考率北半球。”他把石頭朝逆時針方向擺動，“假設從赤道出發，從南往北走，你看到了什麼。”他把繩子另一端緩緩往上拉。

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“越靠近北極點，石頭轉得越快。”王昧順著他的意思說道。

“答對了。準確得說，是角速度越來越快，而地球自轉角速度是不變的，這意味著什麼？”

“它走得比地球自轉快。”

“對。從角速度來說，就像芭蕾舞蹈的收腿動作會使轉速變快，這是角動量守恆，也是一種慣性。從石頭在地面上的軌跡來說，它從南往北走，不僅向上，而且朝著右上，也就是說，它有向右的趨勢，這種趨勢越靠近北極越大。”

“這就解釋了為什麼赤道附近科氏力最小，兩極最大。”徐藉麗笑著補充道。

“可以這麼理解，但換一個角度看會更形象。比如我們以正上方視角（上帝視角）看北半球，這塊石頭的速度便會在赤道面上投影。在赤道的角度最小，投影速度為零，越靠近極點投影速度越大，在極點投影速度就是本身的一倍。這個投影速度的大小，便直觀的決定了科氏力的大小。

“你如果學了向量乘算，知道右手定則，會發現這個投影速度與隨著地球自轉而產生的角動量的乘積就是科氏力的方向，所以在北半球它總是表現為沿著前進方向向右，而南半球剛好相反，這是因為它們是映象對稱的。跟宇稱不守恆沒有關係。”

“我……有些明白了。”王昧摸著似乎有些凸脹的腦袋，“那如果完全沿著自東向西或自西向東的緯線走呢？它不就沒有赤道面上的投影速度？”

“問得好！看來你已經聽懂了我剛才得表述。”索拉清了清嗓子，“我們可以深入探尋一下科氏力存在的本質了。在相對靜止的宇宙空間，觀測地球表面上的物體，它隨地球自轉作圓周運動，那麼圓周運動的向心力由誰提供？由地球對它的引力。這股引力作為基礎條件，它指向地球的質心，我們先認為它是地心。那麼引力減去向心力便是物體實際表現出的重力。

“這也就是我們常說的，為什麼赤道地區重力最小，因為赤道地區的物體，做著地球表面最大的圓周運動。引力我們認為是大小與距離相關，幾乎不變的，方向永遠指向地心；角速度也可以說是不變的，那麼圓周運動的半徑越大，引力需要提