地转偏向力使得北半球的河流向右弯曲

秋雨李冰

地转偏向力使得北半球的河流向右弯曲
秋雨

　　读了今天“科普中国”发的《大多数的河流都是弯曲的，很少有笔直的，这是为什么呢？》文章用流体力学中的二次流现象，科学地解释了河流和海岸线发生弯曲的问题，读后受益匪浅。但是，二次流现象无法解释初始的弯曲原因，同时也无法解释北半球的河流流过平原时，尤其是在古代，为什么总是向着右侧弯曲？譬如，从公元前602年起至公元1938年的2540年间，流经华北平原上的黄河，发生决口泛滥的年份有543年，改道达1590多次，较大的改道有26次，大的改道有9次，且每次改道均是向东和向南改道，这是为什么？
　　科学解释这一现象就不能再用二次流现象，需要用地转偏向力。地转偏向力是指地球上一切作水平运动的物体，由于地球自转而发生偏向的一种力。地转偏向力是由法国数学家古斯塔•加斯佩德•科里奥利于公元1835年研究发现的。由于地球的自转，当物体相对于地面运动时，对于站在地面上的观察者来说，感到物体运动的方向发生了改变，于是便设想物体受到一种力的作用，此力就被称为地转偏向力，也就是物理学中的科里奥利力。
　　在北半球，假若一物体自南向北运动，物体起始时地面向东偏移的线速度大，末了地面向东偏移的线速度小，由于惯性物体仍保持原来向东比较快的线速度，于是站在地球上看物体前进的方向也就向东边偏离原来经线的方向；假若一物体自北向南运动，物体起始时地面向东偏移的线速度慢，末了地面向东偏移的线速度快，由于惯性物体仍保持原来向东比较慢的线速度，于是站在地球上看物体前进的方向也就向西边偏离原来经线的方向。物体移动的速度越快，其偏离得也就越多，且都是向移动方向的右侧偏移。
　　在南半球，其结果正好相反，物体会向移动方向的左侧偏移。
　　由于地球的旋转，使北极地平面产生了一个绕地轴作逆时针方向的转动，南极地平面产生一个绕地轴作顺时针方向的转动，它的角速度就是地转角速度。如果有物体相对于极地平面运动时，站在地面上的观察者会感到物体受到一个平行于地平面的力作用，这个力称为水平地转偏向力。水平地转偏向力在北极为逆时针，在南极为顺时针。
　　由于地球的旋转，使赤道地平面产生一个绕与地轴垂直的平面方向的转动，而只有水平方向的角速度。如果有物体相对于赤道地平面运动时，站在地平面上的观察者会感到向东运动的物体受到向上的力作用，而向西运动的物体受到向下的力作用。这个力称为垂直地转偏向力。
　　航天器总是向东发射，就是因为垂直地转偏向力这一原因。
　　赤道与极地之间的各纬度上，相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力，既有垂直地转偏向力，也有水平地转偏向力。地转偏向力是由于地球自转而产生的力，它不是真正的力，而是惯性力。地转偏向力只在物体相对于地面有运动时才产生，只能改变物体运动的方向，不能改变物体运动的速度，其偏值正比于运动速度，随纬度升高而增大。地转偏向力可分解为水平地转偏向力和垂直地转偏向力两个分量，赤道附近运动物体不受水平偏向力的影响，极地附近运动物体不受垂直偏向力的影响。
　　受地转偏向力的影响，北半球的河流总是冲刷右岸，由于古代生产力低下，只能任凭河流自由弯曲，弯曲到一定程度，量变达到质变，河流开始改道，千百年来黄河一次一次地改道就是这个原因。河流初始的弯曲原因是地转偏向力的存在，北半球的河流总是向右弯曲，也是因为地转偏向力的原因。当然，受地转偏向力的影响，南半球的河流总是向左弯曲。未来，人类抵达火星，火星上出现河流时，也会出现与地球上河流相同的弯曲。但是，假若金星上出现河流时，其弯曲与地球上的河流相反，因为金星上的太阳西升东落，金星的自转方向与地球相反。
　　地转偏向力对地球上所有运动着的物体都有作用，北半球铁路如果总是行驶一个方向的列车，右侧的铁轨会先坏。大气的运动由于受地转偏向力的影响，从而形成了大气中的各种环流。
　　由上可知，同时用二次流现象和地转偏向力解释河流弯曲，会更接近科学。