地轉偏向力的實驗驗證及表現舉例

張倩茹　張　婷

本文通過設計兩個實驗驗證了地轉偏向力的存在，并例舉了它對自然現象、生產生活的影響。

一、問題提出

在高一的地理課本中講道：由于地球自轉，地球表面的物體在沿水平方向運動時，其運動方向發生一定的偏轉，在北半球向右偏轉，在南半球向左偏轉。真的會這樣嗎?我們能否用實驗來驗證這一結論呢?為此，在老師的幫助下，我們設計并完成了下面兩個實驗。

二、活動目的

研究和驗證沿地表做水平運動物體的地轉偏向現象。

三、實驗活動

實驗一

實驗工具：傘、紅墨水。

實驗步驟：

(1)甲同學撐開傘，站在一個空曠的地方，抬頭仰視傘面內側(排除其它因素對實驗現象的影響)。

(2)甲同學順時針地轉動傘。乙從傘頂往下看則為逆時針轉動，所以模擬的是北半球的地球自轉。

(3)乙同學向轉動的傘面頂部滴紅墨水(模擬沿水平方向做運動的物體)。

(4)觀察紅墨水的流動過程，發現墨水向運動方向的右邊偏轉。

(5)甲同學逆時針轉動傘，乙同學在傘面上滴紅墨水，觀察到墨水向左偏轉(模擬南半球沿地表做水平運動物體的地轉偏向現象)。

結論1：地轉偏向力在北半球向右偏轉。

結論2：地轉偏向力在南半球向左偏轉。

不足：①沒有模擬出越過赤道后的地轉偏向現象。②沒有模擬出緯向運動的地轉偏向現象。③傘面轉動與地球自轉的實際差別很大。

改進措施：①加快傘的旋轉速度。②重復實驗。

實驗二

實驗用具：地球儀、繩子、一個小木塊。

實驗步驟：

(1)用繩子拴住小木塊，套在地球儀的北極點上(北半球其它點也可以)，讓它自由下垂，不轉動地球儀時，木塊運動路線與經線重合；當自西向東轉動地球儀時，發現小木塊向右偏轉。

(2)讓小木塊沿著赤道運動，同時轉動地球儀，發現小木塊不偏轉。

(3)將地球儀的南極朝上，用繩子拴住小木塊，套在地球儀的南極點上(南半球其它點也可以)，讓它自由下垂，不轉動地球儀時，木塊運動路線與經線重合；當自西向東轉動地球儀時，發現小木塊向左偏轉。

原因分析：沿地表做水平運動的物體由于慣性的作用，總是力圖保持原來的方向和速度。如下圖，在北半球，質點向北沿經線取A₁B₁。方向做水平運動，經過一定時間后，經線L₁轉至L₂位置。沿經線方向運動的質點，由于慣性，必然保持原來的方向和速度，取A₂B₂的方向前進，這時在L₂位置上的人看來，運動質點已經離經線方向而向右偏了。

結論：由于地球自轉，地球表面的物體在沿水平方向運動時，其運動方向發生一定的偏轉，在北半球向右偏轉，在南半球向左偏轉。

四、定量描述

在《地球概論》一書中可以查到地轉偏向力的大小：f=2vωsinφ。f為單位質量物體的地轉偏向力的大小；v為物體的水平運動速度的大小；ω為地球自轉的角速度；sin是正弦函數；φ為物體所處的緯度。方向為垂直于物體速度的水平分量方向，北半球向右，南半球向左。

五、實際應用

地轉偏向力會對洋流、河流、風及其它具有水平運動的事物產生影響。如南亞地區夏季風的形成、秘魯寒流在流動中呈離岸的趨勢、一條大河的兩岸所受到的不同侵蝕。

在生活中還可以看到下面的例子。

1、水漩渦的形成

當我們打開水龍頭向塑料桶中注水時，當水庫放水(放水口在水下)時，水槽放水時等，都會看到在水面形成漩渦。注水時呈順時針旋轉，放水時呈逆時針旋轉。因為當向桶中注水時，水從注水點向四周流動，北半球在地轉偏向力的作用下右偏，漩渦呈順時針方向旋轉。南半球則呈逆時針方向旋轉。放水時表面水都流向下層出水點，北半球在地轉偏向力的作用下右偏，漩渦呈逆時針方向旋轉。南半球則呈順時針方向旋轉。例如，在洗碗池中放滿水，打開放水口，可發現在放水口形成一個逆時針方向輻合的漩渦。不過江河中的漩渦不一定符合這一規律，因為它還受到河床特征的影響。

2、車輛和行人靠右行

不是所有國家或地區的車輛和行人都靠右行，但靠右行是最為合理的。因為靠左行，北半球車輛在地轉偏向力的作用下右偏，都偏向道路中間，更容易與對面過來的車輛相撞，發生車禍的頻率會更高。而靠右行，北半球車輛在地轉偏向力的作用下右偏，都偏向路邊，路邊是司機開車注意力的集中點，司機會不斷調整方向來保證行車安全。

車輛靠右行導致人也靠右行，這樣更安全些。由于長期習慣，所以人們無論在哪里行走都喜歡右行。

3、跑道上逆時針跑行

在跑道上跑行，人們總喜歡沿逆時針方向。因為逆時針方向跑，在彎道處時，地轉偏向力向外，而人體做圓周運動時會產生一個向內的向心力，二力方向相反，更易平衡，過彎道處不易跌倒。若順時針方向跑，在彎道處時，地轉偏向力和人體做圓周運動產生的向心力方向相同，不易平衡，過彎道處時易跌倒。