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写这些文字花了2个多小时,主要是针对学生普遍存在的学习的困难和模糊理解。
作者:周光明 zgme@sohu.com 转载请联系
张学生一向勤学好问,很喜欢地理学科,李老师对他提出的问题自然是有求必应。
张学生:老师,对地球自转引起水平运动物体偏向这个问题,我始终感到有些困惑,能不能给我详细解释一下?
李老师:的确,你的困惑在同学中很普遍。对这个问题可以从三个方面来掌握:
1、水平运动的物体怎样偏向?
2、地转偏向力在什么情况下影响特别明显?
3、如何根据地转偏向力来解释一些自然现象?
至于地转偏向力产生的原因,涉及到运动物体参照系统的选择等复杂问题,在高中阶段的地理课,我们不必去详细研究了。
张学生:课本上说,北半球向右偏向,南半球向左偏向,赤道上没有偏向。这里“向右偏、向左偏”到底该怎样判断呢?
李老师:是啊,许多同学总是从自己站立的位置来判别“左”和“右”,要知道“左”和“右”是一个相对的说法,必需明确是谁的“左”,谁的“右”?当然是相对运动物体原来的方向,换一句话,就是:你的视线与物体运动方向一致,北半球水平运动的物体向你的右手方向偏向,南半球水平运动的物体向你的左手方向偏向。
张学生:喔,明白了!视线与物体运动方向一致,北半球向右偏,南半球向左偏。那为什么赤道上没有偏向呢?
李老师:物体产生水平偏向的原因是物体运动的惯性,要保持原来的方向不变。在赤道上,所有的经线或纬线都是平行的,记住,这一点很特殊!这样水平运动的物体保持原来的平行方向不变,其运动方向始终与经线或纬线的夹角保持不变。根据经线或纬线来判断其方向,当然就没有变化了。
张学生:是这么回事。
李老师:其实地转偏向力产生的原因可以这样简化理解:经线交汇于南北极点,纬线圈向两极收缩,这样以经纬网确定惯性物体的水平运动就会产生偏向。
设想一下:假如我们生活的地球是一个旋转的“圆柱形鸟笼子”,我们是“鸟笼子侧面上的居民”,生活在圆柱体的侧面,在这个圆柱体的侧面上,水平运动的物体有没有偏向呢?
张学生:太有趣了,我们要是真的变成了“鸟笼子侧面上的居民”,这种情况和现在的赤道上一样,水平运动的物体当然没有偏向了。
李老师:现在我们可以大致了解一下地转偏向力的大小。作为北半球的居民,你平时走在路上时,有没有感觉到地转偏向力的干扰,使得你不由自主地向右偏呢?
张学生:没有啊!(惊谔中......)
李老师:是的,在许多场合下,地转偏向力是微乎其微,可以忽略不计的。最早研究确定地转偏向力的人是法国科学家科里奥利(Coriolis,1792-1843), 所以地转偏向力又称为科里奥利力,简称科氏力。关于地转偏向力的具体大小,有一个公式:
F=2ωmVsinφ
其中,F是地转偏向力,ω是地球自转的角速度,V是水平运动物体的速度,m是水平运动物体的质量,φ是当地的纬度。
由此可以看出,赤道上地转偏向力为0,也就是没有偏向;而且纬度越高,地转偏向力越大。
张学生:科里奥利真了不起,这个公式倒很有用。
李老师:我们不妨来计算一下:在纬度30度的地方,一辆质量1000千克的小汽车,速度为100千米/小时,受到的地转偏向力是多大?
张学生:哦,应该全部化成国际单位,让我拿出草稿纸和计算器……(过了2分钟),好了,是2.02牛顿。
李老师:再计算一下:在纬度30度的地方,质量70千克的某人,速度为10米/秒,这几乎是世界短跑冠军的速度了,算一下他受到的地转偏向力是多大?
张学生:嗯,用同样的方法,这次熟练多了……结果是0.051牛顿。怪不得平时感觉不到地转偏向力的存在。
李老师:所以呀,在马路上开车、骑车撞了行人,可不能狡辩说:不是我不小心,都是地转偏向力惹的祸。
张学生:是的,这样的狡辩毫无道理。
李老师:与其他作用力比较,地转偏向力尽管很小,但对于流体(液体、气体)而言,其影响就十分明显,不可低估。比如河流对河岸的冲刷程度的差异,比如风向的变化,比如海洋洋流的流向等等。在今后的学习中,我们还会遇到需要考虑地转偏向力的情况。
张学生:现在我对地转偏向力的认识清晰了许多,谢谢老师,再见!
李老师:不客气,随时欢迎你来提问,再见。
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