南北半球的水涡旋转方向相反，真的是受地转偏向力的影响吗？

一个司空见惯的自然现象：当我们放掉水池里的水时，注意到下水口会产生一个漩涡。或许大部分人在看到这样的现象后，并不会有什么进一步的联想，但往往自然的奥妙就藏在这些不引人注意的地方。

这个奥妙之处就在于漩涡的方向

漩涡是以顺时针还是逆时针旋转呢？为什么会这样呢？

关于这个问题，应该有不少人脱口而出：漩涡的方向与地球自转有关系，北半球的漩涡是逆时针旋转（以北极上空的视角俯视），南半球的漩涡是顺时针旋转（南极上空视角俯视）。

如果再问为什么会这样，答复就是：水流受地转偏向力影响。

这样的回答乍一看似乎很有道理，比如小编以前就是这个解释坚定的支持者。

印象还是非常深刻的，当时上初二才开设物理课，物理老师在头几节课上都是给我们讲一些生活中的物理现象，其中问到了一个问题：当我们将水池里的水排掉时，会发现在排水口出现了一个漩涡，那么漩涡的方向是由什么决定的呢？

当时我脱口而出：漩涡方向和地球自转方向相关，北半球逆时针转。

想起来那时候我有一个良好的习惯，就是每周都会去图书馆借书看（大概是从小学四年级开始的），这个知识点当时就是从科普书上看来的（不过后来知道了，科普书也不是全部都是对的），但这种每周借书的习惯，后来逐渐被去图书馆的电子阅览室所取代了一部分（毕竟电脑游戏它不香吗？虽然名义上是上网查资料）

言归正传，当时我回答完后，老师竟然认同了我的观点（并不是说老师水平不行，只能说关于这一点，老师可能也没多想，就照着一些书的说法来讲了，毕竟当时我也在物理习题册上遇到过这类说法）

而当我意识到水涡的旋转方向与地球自转无关时，已经是到了中学毕业的时候了，我无意中在网上翻到了一个视频，是台湾省的一档科普节目，做了很多对比实验，最后结论是：水涡的旋转方向与水流的初始角动量以及水池的构造有关，如果将水静置很长时间，那么就不会有明显的漩涡出现。

写这篇文章的时候，也想重新找一下那个节目，可惜我已经忘了名称，找了好一会儿功夫还是没结果。

所以我就用杭州科协的一档节目“好奇实验室”的相关内容来进行一个简单的介绍：

实验人员在南北两个半球做了实验（南半球的实验员估计是节目邀请帮忙的粉丝）

下面是在北半球做的实验截图

我们可以看到，在多次实验中，并不是每次都是按照逆时针方向进行旋转的

而在南半球也同样是这样的情况

为了对这样的现象进行解释，实验员请教了相关专家，给出的答复是：漩涡的方向主要受初始动力以及水池结构的影响，而地球自转导致的地转偏向力影响十分有限，并不是现象的核心原因。

关于这一点，在台湾省的那档节目中，实验员做了几次这样的实验，他们将水龙头朝一侧微微倾斜，缓慢放水，然后稍微静置一段时间，之后开始排水，结果发现漩涡的方向取决于一开始水龙头的朝向（也就是水流的初始角动量）

最后好奇实验室的实验员又亲自用一个大圆盆做了一个水池，放满水之后，静置了一个小时，并且放了一片树叶来判断水是否静止，最后滴入颜料，并从圆盘底部拔掉塞子，观察排水口情况。

结果发现，排水口处的水流都是直流而下，没有任何漩涡产生的迹象。

由此可见，影响水涡方向的主要因素的确是水的初始角动量以及水池的结构。

那么为什么会有用地转偏向力来解释漩涡的说法呢？

首先我们需要知道什么是地转偏向力

估计很多朋友最早接触这个概念应该是在地理课上，老师在讲到大气环流这个部分的时候会提到地转偏向力

实际上这个所谓的地转偏向力其实并不是一个真实存在的力，它是一个存在于非惯性系的惯性力。

非惯性系视角下的小球运动

更宽泛的称呼应该是科氏力，地转偏向力只是科氏力的一个分力（是科氏力在地球表面水平方向上的体现），地转偏向力的方向与物体运动方向相垂直，也就是只改变运动方向，却不改变运动速率，直观的理解可以见下图

红色是物体实际运动路径，紫色是物体原定的运动路径，同时可以注意到赤道方向的运动物体，它们并不受地转偏向力的影响（不过这并不意味着在赤道上运动的物体所受科氏力为零）

随着纬度的增加，运动物体所受地转偏向力也是逐渐增大的，其数值计算按照F=2mvΩsinφ，m是物体质量，v是运动速率，Ω是角速率，φ是纬度

按照这个公式，我们可以对水池中的运动水流进行一个计算

假设水池的半径为30公分，水流从水池边缘向中心排水口出发，径向速率为每秒2米，纬度就按60度算，角速率是地球的角速率7.292x10负5方 rad/s算

那么水流在达到排水口时所产生的横向位移仅仅有0.0028毫米左右，对比我们平常看到的漩涡，很明显仅仅依靠地转偏向力是不可能产生肉眼可察觉的漩涡。

虽然地转偏向力对于水池漩涡的产生几乎毫无帮助，但对于大尺度长时间的运动，影响还是很明显的，比如台风的形成，北半球的台风是逆时针旋转，而南半球的台风是顺时针旋转的（由于赤道附近的地转偏向力很弱，因此台风不会在靠近赤道的地方形成）

北半球台风

南半球台风

总的来说，我们日常生活中见到的水流漩涡，其漩涡方向几乎都是由环境因素或初始动力造成的。

北半球台风