神奇的旋转

引入背景：

生活中经常看到水流产生的旋涡，比如家中的水缸在放脏水时会产生旋涡，街面上的积水在流入下水孔时在孔周围也会产生旋涡。可你仔细观察过这些旋涡是如何转动的吗？下面我们就通过实验来观察旋涡的转动情况。

实验器材：

一个家用的锅盖，一只盆子，一大碗水，漂浮物（葱叶、菜叶都行），一把改刀。

实验步骤：

（1）用改刀将锅盖的柄和中间的固定螺钉拧掉，这样在锅盖中间就露出了小孔，如图79所示。（2）将锅盖底朝上放在盆子上，然后将水倒入锅盖中。（3）将几片葱叶放在锅盖中小孔上方的水面上。（4）仔细观察葱叶的旋转情况。（5）重复（2）（3）（4）的步骤，并仔细观察葱叶的旋转情况，得出什么样的结论？

图79

实验现象：

我们会看到水面上的葱叶会慢慢沿逆时针方向转动起来，而且随着锅盖中水面的下降，葱叶逆时针方向旋转的速度会越来越快，直到里面的水流完。重复多次实验，得出的结果都是一样的，即葱叶（旋涡）都是逆时针方向转动的，如图80所示。

图80

原理剖析：

旋涡的旋转方向完全是由地球自转引起的，但有不同的解释方法。下面我从动力学的观点来解释这一现象。

由于地球上所有的物体都随地球自转，且角速度都相等，但在不同纬度的地方物体随地球自转的圆半径不等，在赤道上的物体随地球自转而作圆运动的半径最大（等于地球半径越往两极的半径越小，如图81所示。

图81

由公式v＝γw知，纬度越高的地方物体随地球作圆运动的线速度就越小。

如图82所示，用3个圆圈表示3个旋涡，一个在北半球，一个在正中的赤道线上，另一个在南半球。对北半球的旋涡，我们假想在旋涡上靠北和靠赤道方各取一个由水构成的质点（图中的小黑点），则靠北的质点随地球自西向东的线速度一定小于靠赤道的那个质点随地球自西向东的线速度（图中用箭头的长短来表示线速度的大小），这样，靠赤道的质点就会推挤整个旋涡沿逆时针方向转动。同理，对南半球的旋涡来说，靠赤道的那个质点就会推挤整个旋涡沿顺时针方向转动。而在赤道上的旋涡，靠北和靠南的两个质点的线速度相等，推挤作用抵消，因此不会形成旋涡。

图82

由以上分析可知，在北半球因地球自转而形成的旋涡都是沿逆时针方向转动的，南半球的旋涡都是沿顺时针方向转动的，而处于赤道上的旋涡都不会发生转动，即根本不会形成旋涡，直接是一个漏洞而已。

因为我国处于北半球，所以由地球自转所引起的旋涡都是逆时针方向转动的；而在南半球的那些国家，看到的这种自然形成的旋涡都是顺时针方向转动的；正好处在赤道线上的地区，靠地球的自转就不会形成旋涡（外界原因引起的旋涡除外）。

说明：

（1）此实验很容易成功，只是在选用器材时，尽量选用底浅一些，且稍大一点的容器。（2）此实验可以在学习了地球自转那一部分知识之后，作为趣味拓展实验来演示，当然也可以在其他场合作为趣味实验来演示。