水流出浴缸时,是沿着两个方向吗?

时间:2023-11-25 03:09:03

解答这个问题可以用两种不同的方式:一种是理论上的水的排出方式,另一种是在实际中水是怎样流出澡盆的。多数时候,人们对事情的实际情况更感兴趣,但就这个问题来说,理论的情况要有趣得多,也难以解释得多。

水回旋而下,当所有的条件都相等时(这个限制前提很重要,等会儿谈到),北半球水流旋转的方向是逆时针,南半球是顺时针。从电视上天气预报的气旋图中能很好地看出这种区别来:如果风暴气旋出现在北半球,你会看到巨大的、逆时针旋转的圆柱状云团。空气从高压处流向低压,引得风起云涌。整个过程感觉该是线性的,那为何云团不直线移动呢?这要怪云团下不停旋转的地球了。

地球自西向东旋转,根据你所在的位置,你随其旋转的速度是不同的。在赤道,速度是每小时1670公里;在北极点,速度是零;在洛杉矶,你向东的转速是每小时1380公里;在多伦多,是1200公里;在耶洛奈夫,则只有770公里。试想一下,飞机从洛杉矶起飞,如果打算直线飞往耶洛奈夫,它甚至连那个加拿大西北城市的边儿都够不着。具体讲,飞机起飞时所挟的东向速率是每小时1380公里,比终点地耶洛奈夫快了700多公里,假使飞机径直向耶洛奈夫飞去,由于向东的漂移速度远远大于耶洛奈夫,势必会从耶洛奈夫以东很远处掠过。同样道理,如果飞机从耶洛奈夫直线飞回洛杉矶,由于洛杉矶处的东向转速要快得多,等它到达洛杉矶一线时,洛杉矶已远远跑到了它的东方,把飞机甩到了茫茫的太平洋里。在南半球,同样的事情也会发生,只不过从左右方向上讲,与北半球是相反的。

水流出浴缸时,是沿着两个方向吗?

我们还能以此现象来解释一下北半球的风暴。设想你置身云间驾风疾驰,直线飞向低气压中心,但你身下的地球在不停旋转,因而你总是向右偏离目标,结果是围着一个不断缩小的圆圈转,至于转弯的方向则与所在的半球相关:北大西洋的飓风逆时针转,南太平洋的台风顺时针转。

此现象名为“科里奥利效应”,作用的范围不仅限于风暴,几乎一切在地表移动的物体都受其影响。一战时,德国使用一种巨炮,绰号为“巴黎大炮”,威力奇大,一弹可射入平流层,射程远达130公里。但由于科氏效应,弹着点会向右偏离1.6公里。

同样,威廉·退尔(William Tell)张弓搭箭,射穿百步外自己儿子头顶的苹果时,科氏效应会令箭稍稍右偏,只不过难以察觉罢了。

尽管影响广泛,但科氏效应真正显著干扰的是那些大型长距离移动物体。比方说棒球比赛中,一记本垒打要将球打出152米外,球自然会受到科氏效应的影响,但偏差只能用最精密的激光测距仪才能测出。与飞机相比,其差距简直不能以道里计。

理论上讲,浴缸中排出的水也要受到科氏效应的影响:北半球逆时针,南半球顺时针。这道理同天空中的云团一样,不过是低压中心换作了下水口而已。

问题是以浴缸的规模,科氏效应小到了可以忽略的地步,轻易能被其他因素所掩盖。比如拔掉水塞的动作,人走出浴缸溅起的水花,浴缸的形状,龙头滴下的些许水滴等,所有这些的影响都远甚于科氏效应。所以,要是在北半球看见浴缸里的水打着逆时针旋儿流进下水管,千万别将功劳都记在科氏效应头上,那多半是碰巧了。

许多人做实验,千方百计地要排除日常的干扰因素,展现纯粹的科氏效应。我个人最欣赏20世纪60年代的一组经典实验,研究者分别在麻省理工学院和澳大利亚的悉尼同时进行实验,他们尽了最大的努力排除其他因素的干扰。两地都建了一个直径1.8米的水箱,下水口居中并与底面完全齐平。澳大利亚团队为了避免热天气的干扰,甚至弃用了金属,使用了木制水箱,并将其密封进无窗的水泥地窖中。给水箱灌水时,他们也小心翼翼,保证入箱水流的方向与预计的下水方向相反,希望抵消掉任何一点点的扰流。最后,两队将水箱密封,静置18~24小时。万事俱备之后,他们以最轻微的方式拔出了箱底的水塞。结果怎样?成功了!有了如此的万般小心,其结果自颇具说服力:在非常特殊的条件下,科氏效应可以引导浴缸下水的流向。

水流出浴缸时,是沿着两个方向吗?

如果浴缸恰巧放在赤道线上,在理论上是不会有科氏效应的。想要测试这个理论,看到水流不加旋转地直接流进下水口,那就得同上述实验一样精心安排了。在日常生活中,你何苦为是顺时针、逆时针,或是没时针而操心,管它是什么原因让水转圈呢。不过多知道些也没坏处,至少不会出《X档案》中史考莉、穆德那样的洋相。在1995年的一集中,两位去调查小城内一系列神秘事件,穆德留意到水沿逆时针流进下水管,他认定北半球的水应该顺时针下泄。他其实是完全搞错了,好在二位侦探队对自己的错误一无所知,毫不尴尬地断定附近存在超自然的力量扭曲了物理定律,神奇的是,他们最终居然没白费劲。

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