No.41 打假!還記得赤道線上,烏干達小哥的“漏斗旋渦演示”嗎?

首先從一個前段時間

很火

的偽實驗說起,我們來看影片:

影片載入中。。。

No.41 打假!還記得赤道線上,烏干達小哥的“漏斗旋渦演示”嗎?

影片中,烏干達小哥分別用位於赤道標示線北側約10m 的“北半球漏斗”、赤道線以南約10m的“南半球漏斗”以及赤道線上的“赤道線漏斗”,在初始水流穩定的條件下,為遊客們分別“完美地”演示出“北半球漏斗中形成順時針旋渦”、“南半球漏斗中形成逆順時針旋渦” 以及“赤道線上漏斗不形成旋渦“ 的現象。

前段時間這個影片在各個物理交流群,非常火爆。大家各抒己見,很多人為了解釋些現象,搬出了科里奧利力等高大上的名詞,顯得很有道理的樣子。但是非常遺憾,這個實驗並不是這麼完美,而是完全錯誤的!造假者可以說是一個徹頭徹尾的“物理文盲”!

其實,在地球上雖然有辣麼多的赤道紀念碑和紀念線,但地球的赤道是隨著地軸的指向的變化,在不斷變化的。赤道線南北各10米的實驗處,很可能無法確定在南北半球。這是地理,我們在這裡不多講。我們在這裡只講物理!

地球是一個轉動非慣性系,所以在用牛頓第二定律思考問題的時候,需要引入慣性力。而科里奧利力就是慣性力的一種。透過科里奧利力的計算公式和右手定則可以判斷,在北半球運動的物體,會受到向右的科氏力。但由於科氏力一般比較小,而且地表物理運動受到其他因素的影響也比較大,一般情況下不考慮科氏力。但是對於一些長時間積累的運動,比如說河流的沖刷,經過時間的積累,北半球右側的河岸會明顯沖刷更厲害,需要考慮科氏力的作用。對於發射導彈和衛星這些精確度比較高的活動,在計算的時候,也是要考慮到科氏力。

但是對於影片中的問題,由科氏力計算公式F=2mv‘×ω,此處ω為地球自轉的角速度,大約為15°/h,是一個很小的值,這樣算出來的科氏力微乎其微。退一萬步說,如果真的考慮這個非常小的科氏力,我們會發現,

影片中的水漩渦方向正好與正確的方向相反!北半球漏水處的水應該是逆時針方向旋轉,而不是影片中給出的順時針方向旋轉!

具體分析見下圖:

No.41 打假!還記得赤道線上,烏干達小哥的“漏斗旋渦演示”嗎?

其實,這可以說就是一個小魔術,影響水流方向的因素太多。比如下面出水管的形狀設計,水盆形狀,外力控制,甚至開始時候吹一口氣都可以影響結果。這個魔術到底涉及到哪方面技巧,可能只有我們拿到魔術道具才能確定。這個所謂的科學小實驗,大家看看就好,一笑了之。

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上一期影片中,我們非常山寨地推出了慣性離心力和科里奧利力的表示式。這裡還是把嚴格些的過程寫一下。推導過程其實不復雜,主要涉及到複合函式求導和變換參考系後,各個物理量的對應。如果有興趣的話,可以看一下。沒有興趣的,直接跳過,畢竟挺枯燥的。

推導過程(剛寫的,還熱乎)如下:

No.41 打假!還記得赤道線上,烏干達小哥的“漏斗旋渦演示”嗎?

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