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。