Strona głównaPytania → Wir w wannie i siła...

Wir w wannie i siła Coriolisa

Pytanie

Pyta Adam Lubos

Jak duży wpływ na kierunek wirowania wypływającej przez otwór wody ma siła Coriolisa?

Wśród wielu ludzi panuje przekonanie (wyniesione jeszcze ze szkoły), że jednym z efektów powodowanych przez siłę Coriolisa jest wirowanie wody wypływające z wanny czy zlewu. Powszechnie sądzi się, że wypływająca woda na półkuli północnej wiruje w przeciwnym kierunku, niż na południowej. Po próbach przeprowadzonych w różnych naczyniach uważam, że to przekonanie jest błędne.

Pytanie moje brzmi, co i w jakim stopniu ma wpływ na kierunek wirowania wody wypływającej przez otwór z naczynia, oraz jaki udział w tym ma siła Coriolisa?

Odpowiedź

Odpowiada Jan Gaj

Gratuluję naukowego podejścia do zagadnienia, polegającego na odwołaniu się do doświadczenia. Siła Coriolisa istotnie jest zbyt mała, żeby się objawić w typowym doświadczeniu z wypływem wody.

Przypomnijmy, że siła Coriolisa jest siłą fikcyjną, którą wprowadza się w układach obracających się, żeby stosowały się w nich prawa Newtona (w czystej postaci obowiązują one jedynie w układach inercjalnych, do których układ obracający się nie należy).

Żeby wyobrazić sobie wynik takiego doświadczenia, warto umieścić je na biegunie. W układzie inercjalnym woda będzie zbliżać się do bieguna po prostej, a w tym samym czasie Ziemia będzie się obracać. Z tego powodu kierunek ruchu wody względem Ziemi będzie się stopniowo obracał. Miarą zakrzywienia toru ruchu względem Ziemi będzie więc kąt, o jaki obróci się Ziemia w czasie ruchu wody. Ponieważ w realnym doświadczeniu ten ruch trwa sekundy, widać, że tor będzie linią prostą z ogromną dokładnością. Możemy stąd wnosić, że siła, która powoduje obserwowane w doświadczeniu wirowanie wody, jest większa od siły Coriolisa o około trzech rzędów wielkości (Ziemia obraca się o znaczący kąt w ciągu godzin).

Szukając przyczyn wywołujących wirowanie spływającej wody, możemy wymienić kształt naczynia o obniżonej symetrii, a także odchylenie wlewanej do naczynia wody od idealnie osiowego kierunku.

Pytanie dodatkowe: Załóżmy również, że mamy idealnie symetryczne naczynie z otworem wypływowym umieszczonym idealnie w środku. Załóżmy ponadto, że jego pojemność jest nieograniczona. Czy w takim wypadku siła Coriolisa jest w stanie wymusić kierunek wirowania wypływającej wody odwrotny na poszczególnych półkulach. Jeżeli tak, to co będzie działo się na równiku?

Odpowiedź: Nie wiem, po co nieograniczona pojemność. Należałoby zapewnić brak wiru w chwili początkowej na przykład przez odczekanie, aż lepkość wody doprowadzi do zaniku wszelkiego ruchu i wtedy wyjmować korek z otworu wypływowego. Po odpowiednio długim czasie można spodziewać się znaczącego wiru o kierunku określonym przez siłę Coriolisa. Na równiku efektu nie będzie.