Hver er skýring eðlisfræðinnar á því að vatn hvirflast rangsælis á norðurhveli jarðar en réttsælis á suðurhveli?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hver er skýring eðlisfræðinnar á því að vatn hvirflast rangsælis á norðurhveli jarðar en réttsælis á suðurhveli?
Áhrifin sem spurt er um í þessu svari eru kennd við Coriolis og eru stundum kölluð Corioliskraftur en einnig er talað um svigkraft. Hér er þó ekki um neinn raunverulegan kraft að ræða heldur aðeins áhrif sem stafa af því að atburðir eru skoðaðir frá sjónarhóli jarðarinnar sem er ekki kyrr heldur snýst.

Auðveldast er að gera grein fyrir þessum áhrifum í nokkrum lýsandi sértilfellum. Jörðin snýst með föstum hornhraða um möndul sinn, rangsælis ef horft er ofan á norðurhvelið. Þetta þýðir að allir staðir á yfirborði jarðar ferðast heilan hring á um 24 tímum. Vegna þess að jörðin er kúlulaga er þessi hringur ekki jafnstór alls staðar á jörðinni. Hann er stærstur við miðbaug og minnkar eftir því sem nær dregur pólunum. Við norður- og suður- pól skreppur þessi hringur saman í einn punkt. En allir staðir á yfirborði jarðar verða að komast heilan hring á einum snúningstíma og því hljóta punktarnir að fara mishratt. Staðir við miðbaug fara hraðast en eftir því sem nær dregur pólunum minnkar hraðinn. Vegna þess að jörðin snýst rangsælis fara allir staðir til austurs þegar horft er ofan á yfirborðið utan úr geimnum.

Hugsum okkur nú að hlut, til dæmis fallbyssukúlu sé skotið frá Reykjavík, sem er á norðurhveli jarðar, beint í norður. Fallbyssukúlan, eins og allir aðrir hlutir sem hreyfast með jörðinni, hefur tiltekinn hraða til austurs. Þegar hún kemur norðar (nær pólunum) heldur hún enn þeim hraða til austurs sem hún hafði í Reykjavík en staðirnir sem hún kemur á eru nær pólunum og þeir hafa því minni hraða til austurs en kúlan. Þess vegna virðist kúlan sveigja til austurs.

Ef aftur á móti kúlunni er skotið til suðurs frá Reykjavík flýgur hún yfir staði sem hafa meiri hraða til austurs en hún því þeir eru nær miðbaug. Þá virðist kúlan sveigja til vesturs. Í báðum þessum tilfellum virðist kúla sem ferðast á norðurhveli jarðar sveigja til hægri á braut sinni.

Á suðurhveli snúast aðstæður við. Þá er norður nær miðbaug og suður nær pólnum. Hlutur sem er skotið í norður hefur því minni hraða í austur en þeir staðir sem hann ferðast yfir og því virðist hann sveigja til vesturs. Hann sveigir því til vinstri á braut sinni.

Hér hefur aðeins verið lýst sértilfellum en almennt má sýna fram á að sérhver hlutur á hreyfingu verður fyrir þessum áhrifum, hann leitar réttsælis á norðurhveli en rangsælis á suðurhveli. Áhrifin eru því meiri sem hraðinn er meiri og þau eru mest nálægt pólunum en minnst við miðbaug.

Það sem hér hefur verið sagt virðist vera í andstöðu við þá fullyrðingu spyrjanda að vatn hvirflist rangsælis á norðurhveli jarðar. Svo er þó ekki. Hugsum okkur skál fulla af vatni með litlu gati í miðjunni á norðurhveli jarðar. Allt vatnið streymir í átt að gatinu. Hraðanum í þessu streymi fylgja Coriolisáhrif og vatnseindirnar sveigja til hægri ef við horfum á þær að utan þar sem við sjáum vatnið færast frá okkur. Ef við stæðum hins vegar í gatinu snýr allt öðruvísi við, vatnið virðist koma til okkar og sveigja þess virðist vera til vinstri. Hreyfing vatnsins virðist því vera rangsælis umhverfis gatið.

Að lokum er rétt að minnast á að Coriolisáhrifin eru yfirleitt lítil nema fyrir mikla hraða og langar vegalengdir. Ástæðan til þess að við sjáum þau í vöskum og baðkerjum er sú að vatnið kemst ekki allt saman í einu beina leið að opinu og því þarf mjög lítið til að sveigja það af leið. Coriolisáhrifin hafa hins vegar gríðarleg áhrif á allt vindakerfi jarðarinnar og valda því meðal annars að vindar hafa tilhneigingu til að snúast umhverfis lágþrýstisvæði, rangsælis á norðurhveli og réttsælis á suðurhveli. Nánar er fjallað um Coriolis áhrifin og vindakerfi jarðar í svari Haraldar Ólafssonar og Þorsteins Vilhjálmssonar við spurningunni Af hverju er vindur í lægðum alltaf rangsælis á norðurhveli jarðar?...