Ne Koriolio jėga. Kodėl skirtinguose Žemės pusrutuliuose vanduo kriauklėje sukasi skirtingai (Video)

Šalyse, esančiose arti Žemės pusiaujo, turistams dažnai parodomas vandens triukas. Vykdytojas padeda tris vandens indus – vieną šiauriniame pusrutulyje, vieną pietiniame ir dar vieną tiesiai ant pusiaujo. Galiausiai vandeniui leidžiama nutekėti, o nutekėdamas jis sukasi įvairiomis kryptimis, rašo „IFLScience“.

Žmonės šį reiškinį dažnai aiškina kaip Koriolio efektą, kuris dėl savo intriguojančio pobūdžio dažnai figūruoja miesto legendose ir populiariojoje kultūroje.

Koriolio efektas pagrįstas idėja, kad Žemės sukimasis sukuria fizinę jėgą, vadinamą Koriolio jėga, kuri daro įtaką tam, kaip matome tam tikrus objektus, kai jie juda kartu su Žeme.

Dėl Koriolio jėgos Žemės paviršiaus objektai nukrypsta į skirtingas puses, priklausomai nuo to, kur jie yra pusiaujo atžvilgiu. Šie nukrypimai labiausiai matomi prie ašigalių ir beveik nepastebimi ties pusiauju.

Koriolio efektas veikia tokius gamtos reiškinius kaip uraganai, kuriuos tiria meteorologai ir okeanografai. Tačiau problema ta, kad šios jėgos neturi įtakos vandens elgsenai virtuvės kriauklėje. Pasitelkus matematiką gali,a paaiškinti, kaip viskas vyksta.

Reiškinio matematika

Geofizikai savo darbe dažnai naudoja matematinę lygtį, žinomą kaip Navier-Stokes lygtis. Ji apibūdina klampaus Niutono skysčio judėjimą ir yra hidrodinamikos pagrindas. Kitaip tariant, Navier-Stokes lygtis siejama su skysčio greičio – jo judėjimo – matavimu su skysčiui veikiančiomis jėgomis, kartu atsižvelgiant į keletą fizinių apribojimų.

Fizikai ir matematikai gali užrašyti šias lygtis, bet, deja, negali jų išspręsti. Tiesą sakant, šios lygtys yra vadinamųjų tūkstantmečio iššūkių sąraše, už kurių sprendimą skiriama 1 mln. dolerių.

Nors neturime visiško Navier-Stokes lygties sprendimo, meteorologai ir okeanografai vis tiek gali naudoti dalinius sprendimus. Vienas iš tokių būdų yra palyginti įvairius Navier-Stokes lygčių terminus, siekiant nustatyti, kurie yra svarbiausi.

Tokie palyginimai dažnai rašomi kaip fiziniai dydžiai be vienetų, todėl jie vadinami „dydžiais be matmenų“.

Magija kriauklėje

Koriolio efekto kontekste svarbiausias bedimensinis skaičius yra Rossby skaičius, pavadintas XX amžiaus meteorologo Carlo Gustavo Rossby vardu. Jis lygina skysčių dinamiką su Žemės sukimosi greičiu, kartu atsižvelgdamas į sistemos dydį ir jų judėjimo greitį.

Žemas Rossby skaičius yra sistemos, kurią smarkiai veikia Koriolio jėga, ženklas. Didelis Rossby skaičius yra sistemos, kurioje dominuoja inercija ir išcentrinė jėga, ženklas. Pavyzdžiui, uraganai linkę suktis pagal laikrodžio rodyklę pietiniame pusrutulyje ir prieš laikrodžio rodyklę šiauriniame pusrutulyje, nes čia stiprios Koriolio jėgos.

Ta pati matematika, kuri taikoma milžiniškiems uraganams, gali būti taikoma ir vandeniui vonios kriauklėje. Tokiu atveju sistema bus santykinai maža, todėl Rossby skaičius bus didesnis, o tai reiškia, kad Koriolio jėga neturės įtakos vandeniui kriaukle.

Todėl vandens sukimasis kriauklėje gali būti pastovus, tačiau tai neturi nieko bendra su Koriolio efektu.

Tokią išvadą patvirtina ir vaizdo įrašas, nufilmuotas skirtingose ​​šalyse. Įrašai rodo, kad vanduo šiauriniame pusrutulyje vienoje šalyje sukasi prieš laikrodžio rodyklę, o kitoje – pagal laikrodžio rodyklę. Jei vandenį veiktų Koriolio efektas, rotacija būtų vienoda abiejose Šiaurės pusrutulio šalyse.

Nors mokslininkai negali paneigti, kad vanduo skirtinguose Žemės pusrutuliuose sukasi skirtingai, anot jų, šio reiškinio negalima paaiškinti Koriolio efektu dėl per mažo to, kas vyksta, masto.