关于地转偏向力问题的讨论

(南京师范大学附属中学江宁分校,江苏 南京 211102)

1 引言

由于中学地理中出现了地转偏向力的概念,所以在讲授科里奥利力时,学生会立刻联系到地理中关于地转偏向力的描述,从而引发了争论。查阅文献发现，关于地转偏向力的争论一直没有停止过,主要集中在以下几个问题:

(1) 地转偏向力与科里奥利力是什么关系?

(2) 地转偏向力包括竖直方向上的科里奥利力吗？

(3) 地转偏向力只是因为物体沿经线方向而引起的吗？

(4) 沿纬线运动的物体不受地转偏向力吗？

(5) 竖直方向运动的物体不受地转偏向力吗？

(6) 地转偏向力包括惯性离心力吗?

要解决上述问题，首先必须弄清地转偏向力的定义。地转偏向力是由科里奥利力意译过来的，虽然非常形象，但细想起来,这种翻译是有问题的。译者先根据科里奥利力具有使物体运动偏转的作用效果来命名,然后再意译成中文。但是这种命名方法是不科学的,就像我们不会把重力译成“下落力”一样,把科里奥利力译成地转偏向力,掩盖了科里奥利力的性质,甚至抽去了科里奥利力的本质,从而导致不必要的争论。实际上,考虑到科学性，新版《辞海》已取消了“地转偏向力”这一辞条，改用“科里奥利力”。[1]

知道了地转偏向力是将被弃用的名称,再弄清科里奥利力的产生原理,以上所述问题就都会有明确的答案。

2 科里奥利力的产生原理

如图1所示，建立静止参考系Oxyz(静系)与绕O′z′轴以角速度ω转动的参考系O′x′y′z′(动系),显然有r=rt+r′，r为绝对位矢，rt为牵连位矢，r′为相对位矢。

图1

图2是物体相对地球(动系)沿(a)经线、(b)纬线和(c)竖直方向运动时所受的科里奥利力的示意图。可以看出,沿经线、纬线和竖直方向运动的物体都可能会受科里奥利力的作用，而且科里奥利力会有竖直分量和水平分量,事实上,我们一般不去研究物体在竖直方向运动时物体所受的科里奥利力,即图2(c)情形,也不研究科里奥利力的竖直分量,如图2(b)的科里奥利力就有竖直分量。在地理上,更多关心科里奥利力的水平分量。但不能据此认为竖直方向上运动的物体就不受地转偏向力，或者说地转偏向力就只是水平方向的。[2][3]

图2

另外还存在一种观点,认为沿纬线运动的物体所受的地转偏向力是惯性离心力所致。[3]如果物体沿纬线运动时,在固着于这个物体上的参考系中观察,确实会发生离心力的变化,这个力是由于动系牵连运动所导致的。但对于固定在地球上的参考系来看,相对地球在纬线上的运动所产生的惯性力属于科里奥利力,不是牵连运动所产生的,而是相对运动产生的。必须注意到科里奥利力和惯性离心力其实是两种完全不同性质的力。

3 结语

通过上述讨论,我们可以一并回答本文开头提出的6个问题，地转偏向力是一种不科学的称谓,建议改称科里奥利力;在地球系(动系)中运动的物体,只要速度不与角速度平行,都会受科里奥利力,只是不常讨论竖直方向上运动物体所受到的科里奥利力,也不太关注科里奥利力在竖直方向上的分力。惯性离心力由动系的牵连运动而产生,而科里奥利力是相对动系运动而产生的，是两种不同性质的力。