漫谈“神奇的逆时针转向”.docVIP

漫谈“神奇的逆时针转向” 　　一、一个偶然的发现　　小同伴们在一起玩“陀螺”,两个人各使自己的一个“陀螺”转起来，并使它们碰撞，碰不倒的就是胜利者．比赛过程中，很快让人发现：两个大小不一的“陀螺”，大个头的“陀螺”容易胜，两个质量不等的“陀螺”，质量大的“陀螺”容易胜；两个旋向不同的“陀螺”，逆时针方向转动的“陀螺”容易胜． 　　逆时针方向转动优势是在玩耍中偶然发现的，又是普遍存在的．　鸡毛毽子从空中落下，从上往下看，均为逆时针方向转动．用羽毛球代替，做这个实验也行．只是很不明显，只要能看出它转动，就必定是逆时针方向转动． 　　树上落下的枯叶，特别是叶柄较重的枯叶，从上往下看，必定是逆时针方向转动． 　　很多很多的缠绕植物，像豇豆、四季豆、牵牛花、菟丝子，它们在生长过程中常常沿着竹杆、树枝之类逆时针方向盘旋而上． 　　水槽中的污水排出时形成的旋涡，是逆时针方向旋转的． 　　河弯处河水形成的旋涡常常同时有好几个，其中最大的那个旋涡一定是逆时针方向旋转，这与河流的流向无关，与靠河的一边无关． 　　龙卷风从上往下看，它的旋转也是逆时针方向． 　　这些互不相干的、纯自然的、不由人的意志控制的旋转运动偏爱“逆时针转向”，难道说有一个神奇的力在左右着它们? 　　二、人天合一的“逆时针转向” 　　石磨是古人发明的，我们已经使用了数千年，石磨磨东西时，全是逆时针方向转动的． 　　运动场上，运动员跑400m、800m、1500m时，都是逆时针方向沿跑道跑圈圈． 　　铁饼运动员扔出的铁饼，是逆时针方向旋转着飞出去的． 　　打水漂时扔出去的石片都是逆时针方向旋转着飞出去的． 　　练大字时老师从来不规定按什么方向磨墨，但总有绝大多数人会按逆时针方向磨墨． 　　诸葛孔明设计的走马灯，是逆时针方向转动的． 　　这些完全可以由人的意志控制的旋转运动也都偏爱“逆时针转向”，难道说，有一个神奇的力在左右着人们的意志? 　　在水平面上的转动只有顺时针方向转动和逆时针方向转动．完全不由人们的意志控制的纯自然的旋转现象偏爱逆时针方向转动，完全由人们的意志控制的转动也偏爱逆时针方向转动．这是为什么呢?到底是一个什么力左右着这一切? 　　三、科学家的研究 　　20世纪40年代，前苏联科学家卡皮罗，在每次实验后，把污水倒入水槽时，发现在漏水口处形成的旋涡总是按固定的方向旋转．这个现象引起了他极大的兴趣．于是在水流下时他故意用手指向相反方向搅动，但手离开后旋涡又恢复原来的旋向．这是否与漏水口的形状有关?于是他做了许多不同形状的漏水口，但试验结果总是相同，他对此困惑不解．他到世界各地去做同样的试验．结果在北半球水流旋涡的方向总是逆时针方向的，而在南半球水流旋涡方向总是顺时针方向的．他找到了结论：旋涡的方向与地球上所处位置有关，在北半球，旋涡的方向是逆时针方向．人们把这种现象叫做“卡皮罗现象”． 　　早在十九世纪，也就是说早在卡皮罗发现“卡皮罗现象”以前一个世纪，数学家科里奥利就发现了“科里奥利力”．而“卡皮罗现象”是地球在自转过程中，由于惯性引起的一种“科里奥利力”造成的． 　　“科里奥利力”是在转动系统中出现的惯性力之一，由法国工程师和数学家科里奥利(Gaspard Gustavede Coriolis,1792～1843)首先确定．当物体在作为参考系的转动物体上运动(方向不沿转轴)时才出现．例如地球是一个转动体，北半球上的物体在沿径线运动时，就受到向右的“科里奥利力”的作用．因此北半球上南北走向的河流东岸冲刷较多． 　　为了进一步说明“科里奥利力”，不妨设想这样一个实验：　　在假设静止的水平桌面上放置一个匀速转动的圆盘，在圆盘上方接近圆盘上表面的半径方向设置一个与桌面相对静止的线桥AB，如图1所示．假设有一个能连续产卵的小昆虫从线桥A端匀速爬向B端．并同时连续产卵，一粒粒虫卵落在转动的圆盘上，虫卵在转动的圆盘上形成的轨迹是一条渐开线，如图2所示．从效果上看就好像虫卵是受到一个与角速度ω，速度v所决定的平面垂直的力的作用一样．这个力是因为选择了以匀速转动的圆盘作为参照系才出现的，是一个虚拟的惯性力，即“科里奥利力”． 图1 图2 　　四、“科里奥利力”，我们会熟识你 　　在我们北半球上，所见到的许多自然的和人为的逆时针方向转动现象，即“卡皮罗现象”，就是由“科里奥利力”引起的． 　　目前，“科里奥利力”在许多领域都已经有了重要的应用，如航天飞机、远程导弹的发射量的修正，研究厄尔尼诺现象的形成．利用人类右手性来研究人类的发源地，也应考虑到“科里奥利力”的影响． 　　随着社会的进步，公众科普知识水平的提高，人们对“科里奥利力”在自然界的“神秘”作用将逐步认识并熟悉．