第二部分「為何感覺不到地球自轉?非慣性座標系裡的慣性力」
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未讀第一部分的朋友可以先看:facebook.com/davidyu.phycat/posts/239431704213490
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感覺不到地球自轉的原因就像感覺不到地球表面彎曲的一樣,人類對比地球實在太渺小。正如必須望向遠方海平線才能看見船帆先於船身出現,我們亦必須跨過遙遠的距離才能感受到地球自轉所造成的影響。
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大家有玩過公園裡的遊樂設施「氹氹轉」嗎?它是一個會旋轉的大圓盤,盤上有支架。如果我們捉住支架在地上圍著氹氹轉走,然後跳上去,我們會感覺到一股力將我們推出去。這時放手的話就會被拋出去了,這就是所謂的「離心力」(centrifugal force)。如果各位在香港坐過會上高速公路的小巴,亦可以感受這種刺激的感覺。
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但如果我告訴你,離心力其實並不存在呢?事實上,離心力屬於慣性力(inertial force),又稱為假想力(fictitious force),是在非慣性參考系觀察物理現象的產物。參考系是數學語言,指用來描述物體位置、速度等物理參數的坐標系統。慣性參考系就是互相靜止不動或者以等速移動的坐標系。
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簡單來說,雖然牛頓力學在日常情況下適用於任何參考系,但在非慣性參考系裡使用牛頓力學就會出現慣性力。最常見的例子就是圓周運動。站在氹氹轉上的人在進行圓周運動,運動方向有所改變(注意物理學中的速度概念包含速率和方向),因而是個非慣性參考系。而站在地上看著氹氹轉的人則身處一個慣性參考系之中(事實上只是近似慣性參考系,因為地球也在動)。
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因為氹氹轉在旋轉,慣性定律卻說物體在不受外力的情況下只會沿直線前進,在氹氹轉上就必須施力才能跟隨氹氹轉旋轉,一旦放手就會被「拋出去」。然而,氹氹轉旁邊的觀測者只會看見一個因捉不住支架而直線飛出去的人。順帶一提,捉住支架的力當然是真實的力,叫做向心力(centripetal force)。
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現在可以回到地球自轉的問題。會自轉的地球是個非慣性參考系。就像在氹氹轉上一樣,地球上也會感受到離心力。事實上,這個離心力會抵消掉部分重力,使我們在不同緯度感受到不同的體重!用比較精確的物理詞彙,就是重力的一部分提供了給跟隨時球自轉所需的向心力。
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由於赤道與地球自轉軸的垂直距離最遠,自轉速率最快,需要較多部分的重力提供向心力。南北兩極與地球自轉軸的距離則為零,重力無需提供給向心力。因此,站在赤道時的離心力會令體重比站在南北極時減少大約0.35%。
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另一個我想簡單介紹的慣性力叫做科里奧利力(Coriolis force,簡稱科氏力),或者叫做科氏效應(Coriolis effect),描述在地球表面上移動時感受到的慣性力。由於地球並非一個圓盤而是個球體,因此科氏力的方向並不在本地水平面(local horizon)之上,與之有個夾角。把這個力拆開,可以得到兩個方向的分力,分別為與水平面平行的分力(遺憾地,這個分力亦稱為科氏力),和與水平面垂直的、稱為Eötvös效應的分力。
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平行本地水平面的科氏分力會使任何在北半球水平移動的物體向移動方向的右方偏轉(俯視時為順時針方向),同時使任何在南半球水平移動的物體向移動方向的左方偏轉(俯視時為逆時針方向)。這就是颱風形成的原因,因而源自南半球和北半球的颱風會有相反的旋轉方向。Eötvös效應會在除離心力之外進一步改變我們感受到的重力。向東走時,Eötvös效應會進一步加強離心力,抵消更多的重力。反之,向西走時反而會加強了向下的力,就好像加強了重力般。
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[有趣的是,源自北半球的颱風是逆時針方向旋轉的,剛好與科氏效應相反!這是因為颱風的形成過程是三維的,我正在寫一篇文章詳述。]
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日常生活感受不到上述離心力、科氏力和Eötvös效應的原因很簡單,就是因為人類相對地球的尺寸來說,太過渺小。只有在作長距離移動時,我們才能察覺到這些慣性力。例如,炮彈彈道計算必須考慮地球自轉、飛機飛行感受到科氏力、大規模空氣流動形成颱風等。順帶一提,有都市傳說指科氏效應會導致南北半球馬桶沖水方向相反,這是不正確的。對比地球尺寸,馬桶實在太渺小了,作用在沖廁水上的科氏力比沖廁時水流的隨機擾動細微得多,沖水方向並不會受科氏效應影響。
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歷史上首位直接測量到科氏效應的人是德國化學家懷斯(Ferdinand Reich)。物件自由落下時,由於移動方向為地心,計算指出科氏力會指向東面。在1831年,懷斯從160米高的地方掉下物件,發現物件落下的地點果然向東偏差了2.8厘米。
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那有沒有辦法在不作長距離移動的情況下,證明地球會自轉?答案是肯定的。1851年,法國物理學家傅科(Jean Bernard Léon Foucault)用一個簡單實驗證明了地球確實會自轉。他用一條67米長(好吧,這也很長就是了⋯⋯)的線吊著一個28公斤重的鉛球,形成一個很長很重的擺,掛在巴黎先賢寺的天花版上。因慣性定律同樣適用於鐘擺,擺動平面在慣性參考系裡不會改變。擺動平面不變與物理學中的角動量守恆原理有關。但因地球自轉,地球上的人就會觀察到擺動平面隨著時間改變。
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[這個實驗設備稱為傅科擺(Foucault pendulum),是世上每個科學博物館的必備展品。很多人會在早上很早就到博物館去,就是為了看工作人員開始擺動傅科擺的一刻。]
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現在我們理解到,古希臘時代的差不多兩千年後,懷斯與傅科的實驗終於直接證明了地球會動。我們會在下一節討論太空是否真的是「無重力」。
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「北半球颱風旋轉方向」的推薦目錄:
- 關於北半球颱風旋轉方向 在 Facebook 的最佳解答
- 關於北半球颱風旋轉方向 在 阿瑪 - Surfing Life in Taiwan Facebook 的精選貼文
- 關於北半球颱風旋轉方向 在 Mr. Pilot Facebook 的最佳解答
- 關於北半球颱風旋轉方向 在 志祺七七 X 圖文不符 Youtube 的最讚貼文
- 關於北半球颱風旋轉方向 在 Re: [討論] 南半球和北半球的颱風若相遇- 看板TY_Research 的評價
- 關於北半球颱風旋轉方向 在 PanSci 科學新聞網- 【天天問】颱風在南北半球的轉動方向真的 ... 的評價
- 關於北半球颱風旋轉方向 在 颱風為什麼是逆時針轉? - Mobile01 的評價
北半球颱風旋轉方向 在 阿瑪 - Surfing Life in Taiwan Facebook 的精選貼文
90W特別快報
#對台灣本島陸地不影響
#不會放假
#討厭的共伴效應讓海象糟糕長浪更危險
秋天多股勢力相互牽絆影響
上周二時預期90w生成後可能由台灣南部經過
在東北季風力道調整後,日本又遭殃
東北風吹拂讓熱帶低壓路徑沒有選擇
為什麼提早北轉而不南偏?
在地球上的所有事物都被「科氏力」影響
在旋轉體系中進行直線運動的質點會發生偏移
地球自轉會造成這種慣性力,北半球向右
包括颱風內部結構
北側環流內力較大,加上洋流與高低壓流向
颱風大方向才會向西又向北
而非向南或向東(除非小範圍勢力壓迫)
藍藍周一簡單提供觀察
詳細待周三連假前再發
整周主要影響:
東北季風+90W外圍形成共伴效應
周一二三、東北季風吹、風大浪亂
專心上班集點,除非是成功人士(周二)
餐廳風向也都偏海風不會漂亮(六日才優)
周四五六、90w遠距離長浪影響
北海岸宜蘭浪大,風還沒停
找冬天浪點且不容易起的那種
便當,鴨肉什麼的就不用想了
東部距離更遠角度更閃
無論閃風點/浪型CP值都是首選
南部回佳吹風狂砂壯觀,南灣陸風型美
西岸不用特別跑
上周的連假預報自己每天觀察複檢
差距不大
如果表格模式方便閱讀的話
本周連假前也依此模式
北半球颱風旋轉方向 在 Mr. Pilot Facebook 的最佳解答
北半球颱風旋轉方向 在 志祺七七 X 圖文不符 Youtube 的最讚貼文
✨本作品由「圖文不符」設計製作✨
✍️勘誤: 01:17 颱風旋轉方向錯誤,因位處北半球,故應為逆時針旋轉 ✍️
【驚爆!台灣海岸有巨型怪獸出沒⁉】
每到夏天~我要去海邊~🎵
海邊有個漂亮⋯⋯⋯啊啊啊是瘋狗浪!?😱
#去海邊玩遇上瘋狗浪時該怎麼辦
#夏日計畫出遊你一定要看完這支影片喔
──↢揭祕!海中超危巨獸.瘋狗浪↣──
🗣夏天常常聽到警告:小心海邊的瘋狗浪!
但怎麼樣才會遇到瘋狗浪?被攻擊的時候,又該怎麼辦呢?
其實……
瘋狗浪大多出現在特定的季節與海岸地形,只要不去招惹它們,就不會有危險!
#讓我們一起來了解瘋狗浪吧👇
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🌊瘋狗浪是怎麼誕生的?🌊
一切~都要從海面遠處的「風」說起~🌬
〰季風、颱風等大風,會將海吹起波浪
〰〰離開暴風區的浪,可以跑幾千公里遠
〰〰〰遇到岸邊地形或防波堤,可能會激起大浪!
⚠️這些比平常海浪還高大的浪,很容易越過防波堤或礁岩,上面的人也會因此被捲走,就像瘋狗會突然撲上岸攻擊人,所以叫「#瘋狗浪」!🐺
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🌊瘋狗浪會在哪裡出沒?🌊
臺灣四周都會有瘋狗浪,但因為 #北海岸 正好對著東北季風吹拂的方向,又最多遊客造訪,所以發生最多瘋狗浪事件!
像是:📍新北市📍基隆市📍宜蘭縣
⚠️15年來,台灣瘋狗浪攻擊事件 #超過300次,每年 #超過25人 被捲入海中!
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🌊岸邊哪裡最容易碰到瘋狗浪?🌊
☛ 突出海岸的岩石
☛ 靠近海邊的平台
☛ 海堤邊的消波塊區
☛ 燈塔附近的防波堤
⚠️接近海岸邊緣、或延伸到海裡的礁石,都是瘋狗浪撲擊的範圍!
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🌊瘋狗浪最常出沒在什麼時間點?🌊
一句話……#風大的時候🌀
這個風,可不是岸邊我們吹到的風,只要在超遠外海上有颱風、季風等大風,就有機會形成跑到岸邊的瘋狗浪!
也就是俗語說的「無風三尺浪」。
⚠️最容易產生瘋狗浪的時候是——
#秋冬吹東北季風時,以及 #颱風季節!
就算岸邊沒有風、天氣晴朗,只要颱風還在逗留在外海,不管有沒有發布警報,都會有瘋狗浪!
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🌊如何避開瘋狗浪?🌊
因為海浪的力量太大,又會反覆起落,被捲入後 #很難靠自己的力量逃脫!所以,避開它還是最安全的方法!
記得……
⚠ 颱風前後都會有大浪,避免到海邊
⚠ 岸邊有浪打濕的痕跡,就不要逗留
⚠ 海邊有警示牌的地區不要進入
⚠ 去玩之前先看氣象與海象預報
✍🏻快把重點畫起來,與瘋狗浪保持安全的距離吧!
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🚫瘋狗浪雖然壯觀,還是遠觀就好!
瘋狗浪大量出沒的季節,還是把岸邊讓給它們,別正面與它們對上才安全!
這次 #圖文不符 與 臺灣海洋教育中心 合作,在6/8 #世界海洋日,推出兩部關於海洋安全的動畫~希望讓更多人了解海洋的特性,與環境和平共處❤️
夏天是精彩又美好的出遊季節,快快樂樂出門,也要平平安安回家才OK!
你和朋友準備去海邊玩嗎?快分享這支影片,讓他們也能認識瘋狗浪吧!🙌
#好奇問大家夏天準備去哪裡玩啊
#說出來讓我們羨慕一下吧🏝
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✨想看更多超美知識動畫✨
👉歡迎贊助圖文不符製作:bit.ly/Simple_Info
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【製作團隊】
Client:臺灣海洋教育中心
Directed by 簡訊設計|圖文不符 SimpleInfo Design
Presented by 張志祺 Chih-Chyi Chang
Account Manager & Producer:王豫民 Yu-min Wang
Animation Director:周柏彤 Ichiten Chou
Executive Director:曾敏雅 Mia Zeng|葉庭妤 Mugi Orange
Creative&Script:林湘芹 Amanda Lin|劉怡聖 Effie Liu
Storyboard:曾敏雅 Mia Zeng|葉庭妤 Mugi Orange|林姿吟 Lin Zi Yin
Design and Illustration:曾敏雅 Mia Zeng|林姿吟 Lin Zi Yin
Animation:葉庭妤 Mugi Orange|楊竣弼 Chun-Bee Yang
Sound Design & Mixing:洪立 Jimmy Hung
Release:Jun. 2019
北半球颱風旋轉方向 在 PanSci 科學新聞網- 【天天問】颱風在南北半球的轉動方向真的 ... 的推薦與評價
颱風 在南北半球的轉動方向真的不一樣? 教科書上都說颱風在北半球是逆時針旋轉,在南半球... ... <看更多>
北半球颱風旋轉方向 在 颱風為什麼是逆時針轉? - Mobile01 的推薦與評價
颱風 因為地球自轉方向的關係, 會受柯氏力影響,所以會逆時針旋轉。 在地球上移動的物體,都會受地球自轉產生的偏向力而有偏向的趨勢,在北半球偏右, ... ... <看更多>
北半球颱風旋轉方向 在 Re: [討論] 南半球和北半球的颱風若相遇- 看板TY_Research 的推薦與評價
※ 引述《liveforhappy (水戶洋平)》之銘言:
: 雖然這問題很像小學生
: 不過真的令我感到很好奇
: 因此想來請教一下
: 就過去停留在高中地科的淺薄知識
: 颱風在北半球是逆時針旋轉
: 而在南半球則是順時針旋轉
: 兩個北半球的颱風接近至一定距離時
: 可能發生藤原效應
: 那若是北半球和南半球颱風
: 在赤道附近相遇
: 會有什麼結果? 互相抵消? 避開彼此?
: 過去有類似例子嗎?
: 如果沒有,以可能的模式預測會是如何?
: 先謝謝大家
其實熱帶氣旋的生成,至少要在南北緯5度以上的地方
才有足夠的科氏力提供旋轉的偏轉方向
十分接近赤道的地區,反而沒有足夠的科氏力偏轉
難以形成與發展熱帶氣旋,最多就是玩午後雷陣雨阿
畫眉颱風與阿耆尼旋風是很罕見的特例,不能當常態阿
南緯5度到北緯5度之間,距離有1,100公里之遠
超出了藤原效應的影響範圍了阿
藤原效應要在1,000公里以內才會出現
就算是兩個熱帶氣旋都是特例
分別在南緯4度和北緯4度生成
剛好相距1,000公里以內
可以產生藤原性應,會怎麼樣呢?
這個時候,北半球的熱帶氣旋
會給予南半球的熱帶氣旋由西向東的力量
於此同時,南半球的熱帶氣旋
會給予北半球的熱帶氣旋由西向東的力量
主要原因在於,北半球的低氣壓是逆時針旋轉
而南半球的低氣壓是順時針旋轉所致
不過呢,這兩邊的熱帶氣旋
都剛剛好處於靠近赤道的東風帶
這道賦予熱帶氣旋給予由東向西的力量
這兩股力量,相互抵制
偏偏赤道東風帶的力量比較大
因此剛好減緩了兩側熱帶氣旋往西走的分量
於此同時,由於熱帶氣旋的外圍是下沉氣流
因此在這兩個熱帶氣旋的中間
剛好是下沉氣流的交集,形成一個高氣壓
這個高氣壓,剛好就把這兩個熱帶氣旋
順勢推得越來越遠,離得越來越開
結果就是北半球的熱帶氣旋往北走
南半球的熱帶氣旋會往南走,分道揚鑣囉
其實說實在話,沒有副熱帶高氣壓在中緯度壓的話
由於熱帶氣旋本身的暖心結構,以及高空往高緯度氣流導引
熱帶氣旋生成之後,就會直接往高緯度的方向走去
那為什麼大部分的熱帶氣旋於生成之後,往往是穩定往西走呢
這是因為於較高緯度的副熱帶高氣壓,壓抑了熱帶氣旋
前往高緯度方向的路徑,熱帶氣旋只能沿著副熱帶高氣壓的邊緣
往西邊走,尋找副熱帶高氣壓的闕漏之處,順勢鑽向高緯度
就以西北太平洋、東亞地區做為例子,於北半球的夏季
由於太平洋高緯度地區海溫較低,成為太平洋副熱帶高氣壓主力
於菲律賓東方炙熱海面生成的熱帶氣旋,受到北方副熱帶高氣壓
只能緩緩往西邊、西北西的方向走去,尋找副熱帶高氣壓的漏洞
漏洞在哪裡呢? 往往是在中國大陸東南海岸線,為什麼會這樣呢?
因為夏季溫度上升,大陸升溫較快,成為了明顯的低壓帶
這讓以太平洋高氣壓為主力的副熱帶高氣壓,無法伸到中國大陸
結果就是熱帶氣旋就會走向穿越台灣,進入中國大陸東南沿海
於中國大陸本土往北走這樣的途徑
而不會一直往西走,跑去侵襲越南、寮國、柬埔寨、泰國
這樣的路徑就是如此被巧妙操控
當然啦,上述情形是夏季的天候狀況
至於秋季的西北太平洋熱帶氣旋會怎麼走
那又是另一個故事了,就容我改天再跟各位聊囉
稍微野人獻曝一下,希望這樣子有回答到您的問題喔
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太陽是我們的繼母,我們的親生母親,在超新星爆炸時就死了,
她帶來了組成我們身體的各種元素。可是為什麼詩人和詞曲作家,
他們為什麼不為我們的親生母親寫詩呢?
或許是因為他們不了解物理學及天文的演化定律。
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.241.62.100
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/TY_Research/M.1449137517.A.3B7.html
※ 編輯: TrueSpace (111.241.62.100), 12/03/2015 18:12:37
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