在我们的日常生活中旋涡很常见,马桶、浴缸在放水的时候都会产生旋涡。那么旋涡究竟是怎样产生的呢?它的旋转与地球自转有关吗?
旋涡是我们对流体的涡旋的日常称谓。流体涡旋的成因多种多样,地球自转引发的科氏力仅仅是其中一种。实际上,每个流体涡旋都存在于一个复杂的力场中,单一原因很难造就流体涡旋。
我们经常误认为,浴缸、水池放水时形成的旋涡与地转偏向力有关。网络上也有许多相关文章,这里简单说明:
首先,地转偏向力的弧形运动效果能够被肉眼识别,在地球表面需要数百乃至数千千米的空间,浴缸水池的空间并不能形成因地转偏向力影响的涡旋;其次,浴缸旋涡是因为水流与缸壁摩擦的结果:水因自身重力直线向出水口中心运动,但水与缸底相接处是流体与固体相接,缸底一旦有一些细微的凹凸不平,固体表面就会形成相对于水体运动的切向力,“搓”出涡流,不断放大,形成肉眼可见的急速涡旋。
更宏观的海洋水流涡旋也与地转偏向力关系不大,它一般是外力引发的正向水流与逆向水流相遇挤压形成旋涡,或者单一方向流体在大幅度转弯时本身形成涡流。我们有时会在数百千米的海域看到海水呈涡流状运动,就是因为不同洋流交汇或者某一洋流急速转弯造成的。
我们常见的与地球自转有关的流体涡旋是大气气旋(低压)和反气旋(高压)系统。地表某处出现强低气压中心后会快速吸引周围大气向中心运动,大气在长距离运动中受气压梯度力、地转偏向力(科氏力)和摩擦力的共同作用,宏观上形成一个巨大的气旋。但是这种涡旋直径一般达数百乃至上千千米,一个浴缸显然是装不下的。