地转偏向力的实验验证及表现举例

张倩茹　张　婷

本文通过设计两个实验验证了地转偏向力的存在，并例举了它对自然现象、生产生活的影响。

一、问题提出

在高一的地理课本中讲道：由于地球自转，地球表面的物体在沿水平方向运动时，其运动方向发生一定的偏转，在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。真的会这样吗?我们能否用实验来验证这一结论呢?为此，在老师的帮助下，我们设计并完成了下面两个实验。

二、活动目的

研究和验证沿地表做水平运动物体的地转偏向现象。

三、实验活动

实验一

实验工具：伞、红墨水。

实验步骤：

(1)甲同学撑开伞，站在一个空旷的地方，抬头仰视伞面内侧(排除其它因素对实验现象的影响)。

(2)甲同学顺时针地转动伞。乙从伞顶往下看则为逆时针转动，所以模拟的是北半球的地球自转。

(3)乙同学向转动的伞面顶部滴红墨水(模拟沿水平方向做运动的物体)。

(4)观察红墨水的流动过程，发现墨水向运动方向的右边偏转。

(5)甲同学逆时针转动伞，乙同学在伞面上滴红墨水，观察到墨水向左偏转(模拟南半球沿地表做水平运动物体的地转偏向现象)。

结论1：地转偏向力在北半球向右偏转。

结论2：地转偏向力在南半球向左偏转。

不足：①没有模拟出越过赤道后的地转偏向现象。②没有模拟出纬向运动的地转偏向现象。③伞面转动与地球自转的实际差别很大。

改进措施：①加快伞的旋转速度。②重复实验。

实验二

实验用具：地球仪、绳子、一个小木块。

实验步骤：

(1)用绳子拴住小木块，套在地球仪的北极点上(北半球其它点也可以)，让它自由下垂，不转动地球仪时，木块运动路线与经线重合；当自西向东转动地球仪时，发现小木块向右偏转。

(2)让小木块沿着赤道运动，同时转动地球仪，发现小木块不偏转。

(3)将地球仪的南极朝上，用绳子拴住小木块，套在地球仪的南极点上(南半球其它点也可以)，让它自由下垂，不转动地球仪时，木块运动路线与经线重合；当自西向东转动地球仪时，发现小木块向左偏转。

原因分析：沿地表做水平运动的物体由于惯性的作用，总是力图保持原来的方向和速度。如下图，在北半球，质点向北沿经线取A₁B₁。方向做水平运动，经过一定时间后，经线L₁转至L₂位置。沿经线方向运动的质点，由于惯性，必然保持原来的方向和速度，取A₂B₂的方向前进，这时在L₂位置上的人看来，运动质点已经离经线方向而向右偏了。

结论：由于地球自转，地球表面的物体在沿水平方向运动时，其运动方向发生一定的偏转，在北半球向右偏转，在南半球向左偏转。

四、定量描述

在《地球概论》一书中可以查到地转偏向力的大小：f=2vωsinφ。f为单位质量物体的地转偏向力的大小；v为物体的水平运动速度的大小；ω为地球自转的角速度；sin是正弦函数；φ为物体所处的纬度。方向为垂直于物体速度的水平分量方向，北半球向右，南半球向左。

五、实际应用

地转偏向力会对洋流、河流、风及其它具有水平运动的事物产生影响。如南亚地区夏季风的形成、秘鲁寒流在流动中呈离岸的趋势、一条大河的两岸所受到的不同侵蚀。

在生活中还可以看到下面的例子。

1、水漩涡的形成

当我们打开水龙头向塑料桶中注水时，当水库放水(放水口在水下)时，水槽放水时等，都会看到在水面形成漩涡。注水时呈顺时针旋转，放水时呈逆时针旋转。因为当向桶中注水时，水从注水点向四周流动，北半球在地转偏向力的作用下右偏，漩涡呈顺时针方向旋转。南半球则呈逆时针方向旋转。放水时表面水都流向下层出水点，北半球在地转偏向力的作用下右偏，漩涡呈逆时针方向旋转。南半球则呈顺时针方向旋转。例如，在洗碗池中放满水，打开放水口，可发现在放水口形成一个逆时针方向辐合的漩涡。不过江河中的漩涡不一定符合这一规律，因为它还受到河床特征的影响。

2、车辆和行人靠右行

不是所有国家或地区的车辆和行人都靠右行，但靠右行是最为合理的。因为靠左行，北半球车辆在地转偏向力的作用下右偏，都偏向道路中间，更容易与对面过来的车辆相撞，发生车祸的频率会更高。而靠右行，北半球车辆在地转偏向力的作用下右偏，都偏向路边，路边是司机开车注意力的集中点，司机会不断调整方向来保证行车安全。

车辆靠右行导致人也靠右行，这样更安全些。由于长期习惯，所以人们无论在哪里行走都喜欢右行。

3、跑道上逆时针跑行

在跑道上跑行，人们总喜欢沿逆时针方向。因为逆时针方向跑，在弯道处时，地转偏向力向外，而人体做圆周运动时会产生一个向内的向心力，二力方向相反，更易平衡，过弯道处不易跌倒。若顺时针方向跑，在弯道处时，地转偏向力和人体做圆周运动产生的向心力方向相同，不易平衡，过弯道处时易跌倒。