为什么北半球河流对右岸的冲刷比左岸更甚?

在解释清楚这个问题之前,先假定我们只考虑地球的引力即重力,再加上地球自转对河流的影响。其它的因素,如其它星球对河流的影响,地球的公转,是相对微不足道,可以忽略的。

我们先在地球的表面找一块理想的平地。那么怎样算是理想的“平地”呢?有一个词,叫“水平”,就是说,像平静的水面一样平。在这样的平地上放一个圆球,圆球在水平方向上与地面没有摩擦力,这个球相对于地面应该是静止不动的。但是这个球会随着地球的自转而绕地轴作圆周运动。这个圆球受两个力。一个是地球的作用于它的引力,引力的方向指向地心;另一个是地面作用于它的弹力,方向垂直于水平面向上。这两个力的合力就是维持这个圆球绕地轴作圆周运动的向心力。这一段是顺带说的,对解释河水冲刷右岸并无贡献。

如果地面有一条向北方向的沟,而且这条沟向北的方向有一个向下的坡度,那么这个球就会沿着这个沟向北滚动。在北半球,就是由赤道向北极方向运动,由于这个圆球随地球自转而绕地轴作圆周运动,那么,随着球在沟里的运动,这个绕地轴而作的圆周运动的半径也会越来越小。我们知道,地球的自转是由西到东的,这个圆球也是从西到东随着地球绕地轴作同样的圆周运动。转动半径减小而转速不变,那么必然有一个力使得这个圆球的线速度减小,这个力就是由东向西作用在圆球上的力,由沟沿作用在球上。作用力等于反作用力,球同样有力由西向东作用于沟的边沿,也就是顺着球在沟里运动方向的沟的右沿。我们用角动量守恒的原理也一样能解释,球有角动量守恒的趋势,转动半径减小则角速度就有增大的趋势,球就有会随地球自转而加快运动的趋势。同样地,用能量守恒原理也能解释得通。

换球为水,就是一条河。球有力作用于右沿,水就会冲刷右岸。

反个方向,河水由北向南流动,水随地球自转,转动半径越来越大,就要由河西岸推着河水赶上地球的自转。水于是冲刷西岸,仍然是流向的右岸。

如果河流不是正南正北方向,而是斜向的,比如从东南方向流向西北方向,那么也很好分析,我们只考虑这条河南北方向的分量就好了。南北方向的水流的分量同样地冲刷右岸甚于左岸。

如果我们的河流是严格的东西方向的,那怎么办?告诉你,严格的东西方向的河流实际上是不存在的。看看地图上哪条河是东西向笔直的?哪怕一小段东西向笔直的河段都不可能存在。严格的东西向的河流,只存在于数学的抽象之中。

南半球的情形正好相反,河流冲刷左岸甚于右岸。这就是Coriolis Effect。在大气中,就是南北半球不同的气旋方向。

 

所有跟帖: 

你的这句话不对! -wjsun- 给 wjsun 发送悄悄话 wjsun 的博客首页 (999 bytes) () 10/12/2011 postreply 01:23:58

说过了,这个是数学。 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (1112 bytes) () 10/12/2011 postreply 08:47:49

这不仅是数学问题,这里更深层的东西。 -wjsun- 给 wjsun 发送悄悄话 wjsun 的博客首页 (87 bytes) () 10/12/2011 postreply 15:08:56

你要是有空,帮我测测字 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (104 bytes) () 10/12/2011 postreply 15:32:02

你这几个都是网名,没意思。就不给拆了,不好意思,以后有机会,一定为你测一个。 -wjsun- 给 wjsun 发送悄悄话 wjsun 的博客首页 (0 bytes) () 10/16/2011 postreply 19:25:44

网名你也测过的啊 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (104 bytes) () 10/18/2011 postreply 09:46:02

那倒是的,不过作为一个例子而已。而且我是当他面测的。 -wjsun- 给 wjsun 发送悄悄话 wjsun 的博客首页 (0 bytes) () 10/18/2011 postreply 15:07:13

冲刷厉害的右岸比左岸(北半球)方便停船,靠河为生的城市,河运是生命线。 -sts135- 给 sts135 发送悄悄话 (0 bytes) () 10/12/2011 postreply 15:38:37

有道理。 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (0 bytes) () 10/12/2011 postreply 15:41:29

这个不在我的讨论范围之内,而且河流不能总向一个方向弯曲。 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (0 bytes) () 10/12/2011 postreply 16:23:37

是啊。因河流弯曲导致,时而左岸冲刷严重,时而右岸冲刷严重。总的效果互相抵消。 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (0 bytes) () 10/14/2011 postreply 08:28:12

我怎么觉着恰恰是你说的忽左忽右的弯曲相抵之后,总体效应的Coriolis Effect就看出来了。 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (231 bytes) () 10/14/2011 postreply 19:38:15

谢谢! 读了三遍,还把儿子的地球仪拿来比划转动了好几次,还是没太搞懂~~. -闽姑- 给 闽姑 发送悄悄话 闽姑 的博客首页 (0 bytes) () 10/12/2011 postreply 08:33:24

看这个录像 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (360 bytes) () 10/12/2011 postreply 08:59:44

这个中学物理知识,你没有理解透 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (0 bytes) () 10/12/2011 postreply 16:45:26

其实用角动量守恒的原理来解释河流冲刷右岸的现象是很简单方便的 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (0 bytes) () 10/12/2011 postreply 20:04:05

再过两年,你儿子的教科书里就会有有关的描述了 -TBz- 给 TBz 发送悄悄话 TBz 的博客首页 (111 bytes) () 10/12/2011 postreply 16:27:58

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