1、题目：自然界中的旋涡是怎样产生的?这同一个旋转量杯中产生的等压液面现象有什么异同车辆 081 080505113 魏岩自 然 中 漩 涡 的 产 生 ：由 于 地 转 偏 向 力 ， 物 体 在 地 球 表 面 垂 直 于 地 球 纬 线 运 动 时 ，由 于 地 球 自 转 线 速 度 随 纬 度 变 化 而 变 化 ， 由 于 惯 性 ， 物 体 会 相 对地 面 有 保 持 原 来 速 度 的 运 动 方 向 的 趋 势 ， 这 就 叫 地 转 偏 向 力 。 在北 半 球 ， 物 体 从 南 向 北 运 动 ， 地 球 自 转 线 速 度 变 小 (赤 道 处 线 速度 最 大 )，
2、物 体 由 于 惯 性 保 持 线 速 度 不 变 ， 于 是 就 向 东 偏 向 ， 相 对运 动 方 向 来 说 就 是 向 右 。 从 北 向 南 运 动 时 ， 地 球 自 转 线 速 度 变 大 ，于 是 就 向 西 偏 向 ， 相 对 运 动 方 向 也 是 向 右 。 所 以 在 北 半 球 物 体 运动 时 统 一 受 到 向 右 的 地 转 偏 向 力 。 同 理 ， 物 体 在 南 半 球 运 动 时 统一 受 到 向 左 的 地 转 偏 向 力 。现 在 再 来 看 这 个 水 流 产 生 的 漩 涡 .假 如 没 有 地 转 偏 向 力 的 话 ,那 么 水 流 将 会
3、 沿 着 从 中 心 出 发 的 放 射 状 线 条 流 入 .流 入 速 度 方 向指 向 中 心 。 例 如 在 著 名 的 赤 道 之 国 厄 瓜 多 尔 的 赤 道 线 上 ， 用 漏 斗注 水 实 验 时 ， 水 流 呈 垂 直 下 降 而 不 形 成 漩 涡 。 在 北 半 球 ， 流 入 速度 方 向 偏 右 ， 所 以 流 入 的 水 流 速 度 方 向 指 向 中 心 偏 右 位 置 ， 这 就形 成 了 逆 时 针 的 漩 涡 。 同 理 在 南 半 球 形 成 顺 时 针 漩 涡 。由 于 地 球 自 转 而 产 生 作 用 于 运 动 空 气 的 力 ， 称 为 地 转
4、 偏 向 力 ，简 称 偏 向 力 。 它 只 在 物 体 相 对 于 地 面 有 运 动 时 才 产 生 (实 际 不 存在 )， 只 能 改 变 (水 平 运 动 )物 体 运 动 的 方 向 ， 不 能 改 变 物 体 运 动 的速 率 。旋 转 量 杯 中 产 生 的 等 压 面 ：当 量 杯 静 止 时 ， 容 器 中 自 由 表 面 为 一 水 平 面 ， 当 容 器 由 静 止开 始 旋 转 时 ， 自 由 表 面 会 形 成 一 个 涡 ， 涡 得 得 大 小 随 着 转 速 的 增大 而 增 大 ， 当 转 速 稳 定 后 ， 我 的 大 小 和 形 状 也 相 机 稳 定
5、， 此 时 容器 中 液 体 作 为 一 个 整 体 运 动 处 于 相 对 平 衡 状 态 。建 立 如 图 所 示 的 坐 标 系 ， 坐 标 原 点 处 于 涡 的 最 低 点 ， 与 容 器之 间 无 相 对 运 动 ， 也 就 是 说 坐 标 以 同 样 的 角 速 度 w 转 动 。 此 惯 性系 为 非 惯 性 系 。gfrwfzyxsinco2将 其 带 入 压 强 微 分 公 式 （ ）)(dzfydfxp可 得 ： 22)/( cgzyxp根 据 边 界 条 件 当 r=0 z=0 时 ， p= ,于 是 得 ：0)2/(0gzxp则 此 时 为 作 等 角 速 度 转 动
6、 的 相 对 平 衡 流 体 的 静 压 强 分 布 规 律 。由 此 式 可 知 ， 此 时 静 压 强 的 大 小 不 但 和 z 坐 标 有 关 ， 而 且 和 半 径有 关 。 且 旋 转 形 成 的 曲 面 为 一 等 压 面 。综 上 所 述 两 者 有 本 质 的 区 别 ， 漩 涡 是 由 于 地 转 偏 向 力 的 作 用而 形 成 的 ， 而 且 跟 所 属 半 球 旋 转 方 向 不 同 ， 而 旋 转 量 杯 中 的 涡 流是 由 于 向 心 力 作 用 的 缘 故 ， 进 而 产 生 压 强 差 而 形 成 液 面 差 。 其 实地 转 偏 向 力 也 是 向 心 力
7、 ， 都 是 只 改 变 物 体 的 运 动 方 向 而 不 做 功 。下 面 是 地 转 偏 向 力 和 向 心 力 的 区 别 ：首先要说明的是，地转偏向力向右是在北半球，在南半球则都向左，当然这些向右向左都是相对于前进方向来说的，下面我说的都是北半球的情况。 1.由于各纬度的角速度都一样，从北向南飞的时候，南边的圈大，所以线速度大，所以在北边的时候具有的一个小的线速度到南边就比地球转的线速度显的慢了，所以其就由于惯性表现出往右偏了。向北也一样，由快的地方到慢的地方，速度超前 了，也就前进方向上向右偏了就。 2.沿纬线向东西方向飞，这时候由于重力的方向指向地心，而纬圈转的方向指向的圆心并不是地心，你可以好好想想，所以由于这个角度，向心力不能完全抵消你围着纬线的圆心转的那个离心力，所以一综合，也会往右偏。 3.赤道不受地转偏向力正是因为地心正好就是纬圈旋转的圆心，二者重合了，正好重力可以抵消掉离心力。 最后，南北两极地转偏向力最大！参考文献：工程流体力学 北京大学 杨建国百度百科：漩涡 地转偏向力
