地轉(zhuǎn)偏向力為什么和風(fēng)力垂直?

熱心網(wǎng)友：地球上水平運(yùn)動(dòng)的物體，無論朝著哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，都會(huì)發(fā)生偏向：在北半球向右偏，在南半球向左偏，這種現(xiàn)象稱作地球自轉(zhuǎn)偏向力。物體靜止時(shí)，不受地轉(zhuǎn)偏向力的作用，地轉(zhuǎn)偏向力是地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)影響的結(jié)果，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于其本身的慣性作用，總是力圖保持其原來的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度，地轉(zhuǎn)偏向力的方向同物體運(yùn)動(dòng)的方向相垂直，并且對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生一定影響，使之向右或向左偏轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)的線速度各地不同，在北半球，當(dāng)氣流自北向南運(yùn)動(dòng)時(shí)，即從自轉(zhuǎn)速度較小的緯度吹向自轉(zhuǎn)線速度較大的緯度，這時(shí)，氣流會(huì)偏離始發(fā)時(shí)的經(jīng)線，發(fā)生向右偏，即原來的北風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北風(fēng)；其他情形也是同樣的道理。在赤道上作水平運(yùn)動(dòng)的物體不會(huì)發(fā)生偏向現(xiàn)象，因?yàn)槌嗟郎系淖赞D(zhuǎn)偏向力為零。 風(fēng)在氣壓梯度力的作用下吹起來了。可是出人意料，風(fēng)一旦起步行走，卻并不朝著氣壓梯度力所指的方向從高壓一邊直接邁向低壓一邊，而是不斷地偏轉(zhuǎn)它的方向，在北半球向右偏轉(zhuǎn)，在南半球則向左偏轉(zhuǎn)。這是無數(shù)次觀測(cè)早已證明了客觀事實(shí)。 可見，一定還有一種什么力量從風(fēng)的一側(cè)拉著它轉(zhuǎn)向。 經(jīng)過人們深入實(shí)踐和研究，這種力終于找到了。這就是地轉(zhuǎn)偏向力。這個(gè)名稱的本身就已告訴我們：促使風(fēng)向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的力量原來是因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)而引起的。在不停地旋轉(zhuǎn)著的地球上，受地轉(zhuǎn)偏向力作用的不僅是風(fēng)，一切相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)著的物體都受到它的作用，不過因?yàn)榈剞D(zhuǎn)偏向力和物體受到的其他力比較起來極為渺小，不為人們覺察罷了。盡管如此，在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月以后，地轉(zhuǎn)偏向力還是在地球上某些地方留下了它的痕跡。人們發(fā)現(xiàn)，沿著水流的方向，在北半球，河流的右岸往往比左岸陡峭；在南半球，河流的左岸比右岸陡峭。這是地轉(zhuǎn)偏向力存在的一個(gè)見證。這種水流對(duì)左右岸沖刷作用的差異是微不足道的，但河里的水日夜奔流，一千年，一萬年，一億年，就會(huì)顯現(xiàn)出來的。 那末地球自轉(zhuǎn)怎么會(huì)產(chǎn)生偏向力的呢？ 要解答這個(gè)問題，先來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)： 用紙板做一個(gè)圓盤，把圓盤的中心固定起來，使它能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，再準(zhǔn)備一支鉛筆、一把直尺就行了。把直尺放在圓盤上，隨便取什么方向都行。然后讓鉛筆緊靠直尺的邊沿在圓盤上前進(jìn)。這時(shí)候筆尖在圓盤上留下痕跡AB當(dāng)然是一條直線。這說明在不轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤上，運(yùn)動(dòng)著的筆尖完全遵循你手用力的方向前進(jìn)，并沒有什么偏向力來干擾。 但如把圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)起來而使直尺仍保持原來的位置固定不動(dòng)，偏向力就馬上顯示出它的作用來，你請(qǐng)助手以逆時(shí)針的方向來轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，你仍和剛才一樣，讓鉛筆尖緊挨著直尺邊沿前進(jìn)，前進(jìn)的方向，按上下左右各個(gè)方向都可試一試。當(dāng)筆尖從直尺邊沿的起跑點(diǎn)A跑至B處時(shí)，圓盤已轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度，圓盤上筆尖下的起跑點(diǎn)A轉(zhuǎn)到A′的，結(jié)果筆尖在圓盤上留下的痕跡A′B便不是直線，而是一條不斷向右偏轉(zhuǎn)的曲線。如果你的助手按照順時(shí)針方向來轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，那么筆尖在圓盤上留下的足跡是一條不斷向左偏轉(zhuǎn)的曲線。 這時(shí)候?qū)χ背邅碚f，筆尖的運(yùn)動(dòng)始終呈直線狀態(tài)，因?yàn)樗冀K沒有離開直尺的邊沿呀！但是對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)著的圓盤來說，筆尖的運(yùn)動(dòng)明明是曲線運(yùn)動(dòng)。 地球一刻不停地自轉(zhuǎn)，人們腳下踩著的大地就好象是一只轉(zhuǎn)動(dòng)著的大圓盤。從北極上空往下望，這只大圓盤以逆時(shí)針方向在運(yùn)轉(zhuǎn)；從南極上空往下望，這只大圓盤運(yùn)轉(zhuǎn)的方向則是順時(shí)針的。走在這只大圓盤上的空氣―風(fēng)，之所以發(fā)生偏向，就是由于風(fēng)與轉(zhuǎn)動(dòng)著的地面發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)年累月的水流，能在兩岸顯現(xiàn)出偏向力的作用，也正是因?yàn)樗鼈兣c轉(zhuǎn)動(dòng)著的地面之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。 這樣看來，風(fēng)偏離氣壓梯度力的方向，并不是真有一個(gè)什么力量在起作用。地轉(zhuǎn)偏向力不過是人們?yōu)榱吮阌趯?duì)這種偏向現(xiàn)象進(jìn)行研究而假想的一種力。這種假想的力與風(fēng)向是垂直的，在北半球指向風(fēng)向的右側(cè)，而在南半球指向風(fēng)向的左側(cè)。由于它只說明空氣和轉(zhuǎn)動(dòng)著的地面之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而并不是作用于空氣的實(shí)際的力，因此只能使風(fēng)向偏轉(zhuǎn)，而不能使風(fēng)起動(dòng)，也不能使已經(jīng)起動(dòng)的風(fēng)改變速率。風(fēng)的起動(dòng)和快慢，都取決于氣壓。如果氣壓梯度力等于零，風(fēng)無從產(chǎn)生，也就談不上與地面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，地轉(zhuǎn)偏向力也不復(fù)存在。而有了氣壓梯度力，也必然會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生風(fēng)，從而也產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力，而且風(fēng)愈大，產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力也愈大。 風(fēng)在氣壓梯度力作用下被推向低氣壓一側(cè)，當(dāng)風(fēng)一旦起步向前，地轉(zhuǎn)偏向力立刻產(chǎn)生，并把風(fēng)拉向右邊（如左圖）。風(fēng)在氣壓梯度力的持續(xù)推動(dòng)下加快速度，越吹越大，地轉(zhuǎn)偏向力也跟著加大，使勁地拉著風(fēng)向右偏轉(zhuǎn)（如右下圖）。由于地轉(zhuǎn)偏向力的方向與風(fēng)向時(shí)刻保持垂直，于是在拉轉(zhuǎn)風(fēng)向的同時(shí)，地轉(zhuǎn)偏向力本身也不斷向右偏轉(zhuǎn)，也就是越來越轉(zhuǎn)到氣壓梯度力的反方向去。當(dāng)風(fēng)向被拉轉(zhuǎn)到和氣壓梯度力的方向成90度的角度時(shí)，雖然氣壓梯度力依舊存在，且和先前一樣大小，但在風(fēng)的方向上有效分力已等于零，因而風(fēng)不再受力的作用速，而靠著慣性等速前進(jìn)。這時(shí)候地轉(zhuǎn)偏向力也正好轉(zhuǎn)到了氣壓梯度力的背后，矛盾著的雙方大小相等，方向相反。從先前的不平衡狀態(tài)進(jìn)行平衡狀態(tài)，于是風(fēng)向也不再偏轉(zhuǎn)。由圖顯然看出，在平衡狀態(tài)下，風(fēng)向與等壓線保持平行。 自從發(fā)現(xiàn)了這種平衡規(guī)律，給氣象工作者帶來許多方便。氣壓和風(fēng)的關(guān)系變得這樣密切：知道了氣壓的分布就可以推知風(fēng)的分布；同樣，知道了風(fēng)的分布也可反過來推知?dú)鈮旱姆植肌榱吮阌谟洃?，人們把氣壓與風(fēng)的關(guān)系概括成這樣的定律：風(fēng)速與氣壓梯度成正比；風(fēng)向與等壓線平行，在北半球，背風(fēng)而立，高氣壓在右，低氣壓在左；南半球則相反。 舉例來說，在氣壓分布中，北京附近等壓線呈西南到東北走向，高氣壓在東南側(cè)，低氣壓在西北側(cè)，按前面總結(jié)的規(guī)律，就可以推測(cè)北京吹的是西南風(fēng)，而上海附近等壓線呈東西走向，高氣壓在北側(cè)，低氣壓在南側(cè)，按規(guī)律應(yīng)該吹東風(fēng)。再看，上海附近的等壓線比北京附近稀疏，因此上海的風(fēng)應(yīng)比北京小。又如，北京吹北風(fēng)而上海吹南風(fēng)，按規(guī)律，兩地附近的等壓線分布，都應(yīng)該是南北向的，但在北京附近的氣壓西側(cè)高于東側(cè)，而上海則相反。又由于上海的風(fēng)力比北京為大，因此上海附近的氣壓梯度比北京大，等壓線也比北京附近密集。 大氣就象一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)器一樣，氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力間的平衡與不平衡可以自動(dòng)調(diào)整。雖然很難達(dá)到絕對(duì)的平衡，實(shí)際風(fēng)也很難和等壓線保持絕對(duì)的平行，但風(fēng)向始終在等壓線兩則偏離得不太遠(yuǎn)。因而理論上的風(fēng)與實(shí)際上的風(fēng)仍然非常近似，氣壓與風(fēng)的關(guān)系一直被廣大氣象臺(tái)站作為大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律而被利用著。

熱心網(wǎng)友：地轉(zhuǎn)偏向力可分解為水平地轉(zhuǎn)偏向力和垂直地轉(zhuǎn)偏向力兩個(gè)分量.可以把風(fēng)看為水平地轉(zhuǎn)偏向力（因?yàn)轱L(fēng)的運(yùn)動(dòng)才產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力），所以風(fēng)越大，即是水平地轉(zhuǎn)偏向力分量越大，所以合力地轉(zhuǎn)偏向力就越大。