Почему в разных полушариях Земли вода в раковине закручивается по-разному?

• 13.07.2023, 10:29

Ученые дали ответ.

В странах, которые находятся в непосредственной близости к экватору Земли, туристам часто показывают трюк с водой. Ведущий ставит три емкости с водой – одно в северном полушарии, одно в южном, а еще одно прямо на экваторе. В конце концов воде позволяют стечь, и по мере слива она вращается в разных направлениях, пишет IFLScience.

Людям часто объясняют это явление эффектом Кориолиса, который часто фигурирует в городских легендах и популярной культуре из-за своей интригующей природы.

Эффект Кориолиса основа на идее о том, что вращение Земли создает физическую силу, называемую силой Кориолиса, которая влияет на то, как мы видим те или иные объекты, двигаясь вместе с Землей.

Сила Кориолиса заставляет объекты на поверхности Земли отклоняться в разные стороны в зависимости от того, где по отношению к экватору они располагаются. Сильнее всего эти отклонения видны вблизи полюсов и почти незаметны на экваторе.

Эффект Кориолиса влияет на такие природные явления, как ураганы, которые изучают метеорологи и океанографы. Но проблема заключается в том, что эти силы никак не влияют на поведение воды в кухонной раковине. Математика может попытаться объяснить, как все происходит.

Математика явления

Геофизики часто используют в своей работе математическое уравнение, известное как уравнению Навье-Стокса. Оно описывает движения вязкой ньютоновской жидкости и является основой гидродинамики. Иными словами, уравнение Навье-Стокса связывают с измерение скорости жидкости – ее движения – с силами, воздействующими на жидкость, при этом учитывая несколько физических ограничений.

Физики и математики могут записать эти уравнения, но увы, не могут их решить. На самом деле, эти уравнения входят в список так называемых Задач тысячелетия, за решение которых присуждается премия в размере 1 млн долларов.

Несмотря на то, что у нас нет полного решения уравнения Навье-Стокса, метеорологи и физики-океанограф все же могут воспользоваться частичными решениями. Один из таких способов заключается в сравнении различных членов уравнений Навье-Стокса для того, чтобы определить, какие из них наиболее важны.

Такие сравнения часто записываются как физические величины не имеющие единиц измерения, поэтому они были названы «безразмерными величинами».

Магия в раковине

В контексте эффекта Кориолиса самым важным безразмерным числом является число Россби, которое было названо в честь метеоролога 20-гго века Карла-Густава Россби. Оно сравнивает динамику жидкости со скоростью вращения Земли, при это принимая во внимание, насколько масштабная система и как быстро они движется.

Малое число Россби — признак системы, которая подвержена значительному влиянию силы Кориолиса. Большое число Россби — признак системы, в которой доминируют сила инерции и центробежная сила. Например, ураганы действительно имеют тенденцию вращаться по часовой стрелке в Южном полушарии и против часовой стрелки в Северном полушарии, так как здесь оказывают сильное влияние силы Кориолиса.

Ту же математику, которую применяю к гигантским ураганам, можно применить и к воде в раковине ванной комнаты. В таком случае система будет относительно маленькой, поэтому число Россби будет больше, а это говорит о том, что сила Кориолиса будет оказывать незначительное влияние на воду в раковине.

Поэтому вращение воды в сливе может быть постоянным, но оно никак не связано с эффектом Кориолиса.

Та же логика применима и к экваториальным вращениям. Учитывая размер системы, сила Кориолиса не отвечает за вращение воды в раковинах.

Такой вывод также подтверждается видео, которое было снято в разных странах. На записях видно, что вода в Северном полушарии вращается против часовой стрелки в одной стране, и по часовой стрелке в другой. Если бы за это было ответственен эффект Кориолиса, тогда вращение было бы одинаковым в обеих странах Северного полушария.

Хотя ученые не могут отрицать, что вода по-разному закручивается в разных полушариях Земли, по их словам, это явление невозможно объяснить эффектом Кориолиса из-за слишком маленьких масштабов происходящего.