科里奥利力与地转偏向力

谬误与真知：马桶、台风与“地转偏向力”“为什么北半球的马桶冲水时水流是逆时针向内旋转的？”“因为地转偏向力使水流一边向下流一边向它的右边拐。

”这是一个在日常生活中会偶尔听到的话题，故勿论其对错。

那么，到底这个“地转偏向力”是什么呢？地转偏向力，是一个更为普遍的“力”之中的一个特例，这个“力”的大名就叫做科里奥利力。

它是由法国数学家、工程师科里奥利(Gaspard-Gustave Coriolis)从理论力学中推导出来的，所以也以他的名字命名。

为什么我们要在这个“力” 字上加引号呢？因为它不是一个真正的力。

真正的力除了有受力物体也应该有施力物体，但如果这个科里奥利力有施力物体的话，那这个施力物体也太玄乎了，能让北半球所有水流都向右拐。

这其实不是一个真正的力，物理学家们把它称作一种惯性力，也就是说是由物体的惯性产生的力。

那么，在什么情况下才会出现这种力呢？科里奥利说了，在一个转动的参考系中就会出现科里奥利力，只要是在这个参考系中运动的物体都会好像受到一股垂直于运动方向的力，从而偏离开它的轨道。

科里奥利他说的“转动的参考系”，其实这个转动就是说这个参考系相对于一个惯性系在转动【注1】，那么这个参考系本身就是一个非惯性系了。

科里奥利力就是这个非惯性系里边的一个惯性力。

不过科里奥利力也不是对所有物体都一视同仁的。

对于相对参考系不动的物体，它不会作任何打扰，它专爱找运动物体的麻烦。

它的公式是：Fic=-2ω×mv。

在这里，m是物体的质量，ω是指示参考系旋转速度和方向的向量（就是方向和数量的一个组合），而v则是物体在这个参考系中运动的速度向量。

这个乘号也有讲究，它不是一般2×3的那种乘法，而是一种特别为向量设计的乘法，通常叫做叉乘。

而Fic就是这个物体在这个参考系中受到的科里奥利力。

现在我们可以解释为什么北半球的水流总有向右偏的倾向了。

我们向来认为地球是不动的，就算是物理学家做实验，在很多情况下都选取大地作为参考系。

科里奥利力与地转偏向力一、问题提出：在中学阶段学习地理知识时我们学到了地转偏向力，认识到地转偏向力是因为地球自转而产生的，是一种能促使地表水平运动物体方向产生偏转的力，而且地转偏向力与科氏力有关.但是当时一直无法理解地转偏向力的实质：地转偏向力是不是就是科里奥利力？还是科里奥利力的水平分量？是不是只有沿经线运动才受地转偏向力影响？在学习了大学物理惯性力的相关知识后我决定对当年的疑问展开探究。

二、两种惯性力: “离心惯性力”与“科里奥利力”牛顿第二定律适用的范围是惯性系. 当地球自转对我们研究的问题影响很小时, 可以认为地面是惯性系. 但地转偏向力的成因恰恰是地球自转造成的, 此时地面为非惯性系. 如果选取地轴作为参考系, 忽略地球公转对问题研究的影响, 地轴可近似认为是惯性系. 而地面是相对于惯性系做匀速转动的非惯性系.在非惯性系中, 牛顿第二定律是不成立的. 如果要在非惯性系中继续应用牛顿第二定律来研究问题,则需要人为引入惯性力. 而离心惯性力、科里奥利力都是惯性力.由图可知，离心惯性力是沿半径方向背离圆心的, 而科里奥利力沿切线方向, 与参考系旋转方向相反. 两种惯性力根本不同, 而在中学地学的学习过程中我们常常把二者混为一谈。

三、沿经线运动的物体所受地转偏向力北半球某物体沿经线由 A 点向 B 点运动, 在物体运动期间A、B 两点随地球自转移动到 A ′B ′位置;从 A 点到 B 点地面上各自转线速度( 沿纬线方向速度)逐渐增大, 而物体沿纬线方向的速度始终保持在 A 点处时的大小,因此物体移动过程中将不断落后, 向右偏离原来所在经线, 最后到达B’点右侧的某一位置. 反过来, 如果物体沿经线由 B 点向 A 点运动,由于从 B 点到 A 点自转线速度逐渐减小, 那么物体在移动过程中仍然将不断向右偏离原来所在经线, 最后到达 A ′点右侧的某一位置.同理可证, 南半球沿经线运动的物体将向左偏.近地表物体沿经线运动的情况, 与物体在旋转圆盘上沿径向运动的情况是同一类型. 这种情况下物体所受的惯性力是科里奥利力.四、沿纬线运动的物体所受地转偏向力以地面为参考系, 物体处于平衡状态, 因此必须引入离心惯性力f*c , 这样, 万有引力F、地表对物体的作用力FN 以及离心惯性力f*c 三力平衡, 如左下图所示, 使物体相对于地面保持静止. 万有引力F、地表对物体的作用力FN 都是物体实际受到的作用, 都有施力物体, 而离心惯性力f*c 是人为引入的, 其作用就是使得牛顿定律在非惯性系中依然适用. f*c = mw^2r （其中w 是地球自转角速度, r 是物体所在纬线圈的半径.）假设物体沿纬线自西向东相对地面以速度v 相对匀速运动. 那么, 物体绕轴做圆周运动的实际角速度增加,由于离心惯性力f*c = mw^2r , 所以f*c 必将增加, 成为f*c ′.在地面上看, 万有引力F、地表对物体的作用力FN 以及离心惯性力f*c 三力不再平衡. 离心惯性力多了个增量△f*c = f*c ’- f*c , △f*c 与f*c 方向相同.我们可以把△f*c 分解为与地表垂直和水平的两个分量. 如果物体所在纬度为? , 不难看出, 其中的水平分量△f*c sin ? 就是我们所探讨的水平方向的地转偏向力. 这个力垂直于物体速度方向,水平向右, 如右上图所示. 当物体沿纬线向西运动时, △f*c 与f*c 方向相反, 指向地轴, △f*c 的水平分量△f*c s in ? 仍然是垂直于物体速度方向水平向右的.同理可证, 在南半球, △f*c sin ? 是直于物体速度方向水平向左的.沿赤道运动的物体, △f*c sin ?的水平分量永远等于0 .在右上图中，f*d= △f*c sin ? ，即把沿纬线运动时的地转偏向力记做了f*d五、斜穿经纬线运动的偏向是上述两种成因不同的偏向现象的叠加由速度的合成原理可知, 近地表物体的水平运动速度均可分解为沿经线的运动和沿纬线的运动; 这两种运动所造成的偏向趋势虽然是相同的, 但是产生原因是不同的.为了更便于理解，查阅出地转偏向力的大小公式：（见如下截图，其中?为纬度,A 为地转偏向力的大小）六、结论总的来说, 认为地转偏向力就是科里奥利力是不准确的. 只有沿经线运动物体的地转偏向力才是科里奥利力. 而沿纬线运动物体的地转偏向力是离心惯性力沿地表的一个分力七、地转偏向力与三圈环流的形成明白了地转偏向力的实质，我们便可以理解中学阶段难以理解的三圈环流的形成过程：从北半球来看（不考虑下垫面），赤道地区上升的暖空气，在气压梯度力作用下，由赤道上空向北流向北极上空（南风），受地转偏向力影响，由南风逐渐右偏成西南风，到30°N 附近上空时偏转成了西风，来自赤道上空的气流不能再继续北流，而是变成自西向东运动。

为何南北半球的地球偏转力（科里奥利力）方向不同？地球上水平运动的物体，无论朝着哪个方向运动，都会发生偏向：在北半球向右偏，在南半球向左偏，这种现象称作地球自转偏向力。

物体静止时，不受地转偏向力的作用，地转偏向力是地球自转运动影响的结果，当物体运动时，由于其本身的惯性作用，总是力图保持其原来的运动方向和运动速度，地转偏向力的方向同物体运动的方向相垂直，并且对物体的运动方向产生一定影响，使之向右或向左偏转。

地球自转的线速度各地不同，在北半球，当气流自北向南运动时，即从自转速度较小的纬度吹向自转线速度较大的纬度，这时，气流会偏离始发时的经线，发生向右偏，即原来的北风逐渐转变为东北风；其他情形也是同样的道理。

在赤道上作水平运动的物体不会发生偏向现象，因为赤道上的自转偏向力为零。

风在气压梯度力的作用下吹起来了。

可是出人意料，风一旦起步行走，却并不朝着气压梯度力所指的方向从高压一边直接迈向低压一边，而是不断地偏转它的方向，在北半球向右偏转，在南半球则向左偏转。

这是无数次观测早已证明了客观事实。

可见，一定还有一种什么力量从风的一侧拉着它转向。

经过人们深入实践和研究，这种力终于找到了。

这就是地转偏向力。

这个名称的本身就已告诉我们：促使风向发生偏转的力量原来是因为地球自转而引起的。

在不停地旋转着的地球上，受地转偏向力作用的不仅是风，一切相对于地面运动着的物体都受到它的作用，不过因为地转偏向力和物体受到的其他力比较起来极为渺小，不为人们觉察罢了。

尽管如此，在经历了漫长的岁月以后，地转偏向力还是在地球上某些地方留下了它的痕迹。

人们发现，沿着水流的方向，在北半球，河流的右岸往往比左岸陡峭；在南半球，河流的左岸比右岸陡峭。

这是地转偏向力存在的一个见证。

这种水流对左右岸冲刷作用的差异是微不足道的，但河里的水日夜奔流，一千年，一万年，一亿年，就会显现出来的。

那末地球自转怎么会产生偏向力的呢？要解答这个问题，先来做一个实验：用纸板做一个圆盘，把圆盘的中心固定起来，使它能够转动，再准备一支铅笔、一把直尺就行了。

【初中地理】八年级地理复习资料之地转偏向力成因【—八年级地理之地转偏向力成因】水平地转偏向力亦称地偏力，因为地球自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。

地转偏向是科氏力（科里奥利力）在沿地球表面方向的一个分力。

其原因概括如下：为了维持物体的水平惯性运动，经纬度网络随着地球自转产生相对加速度。

下面是“算如流”给出的通俗解释。

首先要说明的是，地转偏向力向右是在北半球，在南半球则都向左，当然这些向右向左都是相对于前进方向来说的，下面说的都是北半球的情况。

1.除了北极和南极，所有纬度的角速度都是相同的。

从北向南飞行时，南部的圆圈较大，即南部的纬度越长，因此线速度较大。

因此，北部的小线速度明显低于南部的线速度，因此由于惯性，线速度向右偏移。

北方也是如此。

从快的地方到慢的地方，速度是“向前”的，前进方向向右偏移。

2.沿纬线向东西方向飞，这时候由于万有引力的方向指向地心，而纬圈转的方向指向的圆心并不是地心，所以由于这个角度，万有引力不能完全抵消你围着纬线的圆心转的那个离心力，所以一综合，也会往右偏。

3.赤道不受地转偏转力的影响，因为地球的中心正是纬度旋转圈的中心。

两者重合，重力可以抵消向外的力。

最后，北极和南极的偏转力最大。

george-gate的《定性分析地转偏向力》[1]一文从科里奥利力的角度分析得出：对于水平运动的物体，在北半球，其所受的地转偏向力指向运动方向的右手边，在南半球，地转偏向力指向运动方向的左手边；对于在竖直方向运动的物体，无论在哪个半球，若物体竖直向上运动，则地转偏向力指向正西方，若物体竖直向下运动，则地转偏向力指向正东方。

对于一个作一般运动的物体，可将其速度分解成竖直方向和水平方向两个分量，分别求出两分速度对应的地转偏向力后对两力求矢量和。

摘要：由于赤道上的地平面绕平行于该平面的轴旋转，空气相对于地平面的水平运动产生的地转偏转力位于垂直于地平面的平面上，因此只有垂直地转偏转力，不是水平地转偏转力。

地转偏向力的原因是地球自转。

地转偏向力亦称科氏力，是以地球经纬网为参照系的力。

由于地球自转而产生作用于运动物体的力，称为地转偏向力，简称偏向力。

它只在物体相对于地面有运动时才产生，只能改变水平运动物体运动的方向，不能改变物体运动的速率。

在北半球，科里奥利力使风向右偏离其原始的路线；在南半球，这种力使风向左偏离。

风速越大，产生的偏离越大。

于是，在北半球，当空气向低压中心辐合时会向右弯曲，形成了一个逆时针方向的旋转气流。

从高压中心辐散出来的空气，则因为向右弯曲而形成了顺时针方向的旋风。

科里奥利力的有关现象摘要：生活中的一些小现象，只要善于探索，就能得到启发，甚至上升到理论，如科里奥利效应。

科里奥利力在我们的课本中没有出现，但是作为一个极其重要的物理现象，我们有必要了解科里奥利力在生活中的一些现象，以此来丰富我们对自然的认识。

本文着重从生活中的现象入手，简单解释了科里奥利效应产生的原因，并列举了常见的科里奥利现象。

希望对大家有所帮助。

正文：首先从一个老师上课讲过的小例子说起。

生活中如果你从桥的一头走到另一头，或者在直线行驶的汽车内从车尾走到车头，你将不会有任何困难。

但是，如果你在一个不同部分以不同的速度运动的物体上行走时，那么，情况就大不一样了：假定有一个旋转台或者任何一个绕其中心旋转的平台，整个平台的整体在旋转。

很显然，我们知道越靠近圆心，线速度越小；越靠近边缘，线速度越大。

我们回到老师举得例子：假定你站在中心附近的那个点上，想要直接从中心出发的一条直线上走向靠近外缘的那个点。

在中心附近的出发点上，你取得了该点的速度，缓慢地运动。

当你向外走时，惯性效应使你保持缓慢运动，不过，当你越往外走的时候，你脚下的台面转动得越快：你本身的慢速和台面的快速的结合，使你觉得你在被推向与旋转运动相反的那个方向去。

如果旋转台是在反时针方向转动，你就会发现，当你向外走时，你的路线越来越明显地顺时针方向弯曲。

反之，如果你从靠近外缘的一点出发向内行进，你就会保持着出发点的快速运动，但你脚下的台面运动得越来越慢。

因此，你会觉得你在旋转方向上被越推越远。

如果旋转台是反时针方向运动，那么，你的路线会再次越来越明显地顺时针方向弯曲。

科学家甚至做过一个小实验：如果你从靠近中心的一点出发，向靠近外缘的一点走去，然后回头向靠近中心的一点走去，而且沿着阻力最小的路径前进，你就会发现，你走的路径大体上是一个圆形。

法国物理学家科里奥利于1835年第一次详细地研究了这种现象，因此这种现象称为“科里奥利效应”。

有时也把它称为“科里奥利力”，但它并不真是一种力，它只不过是惯性的一种作用效果。

地转偏向力的证明过程及其特征
地转偏向力（也称为科里奥利力）是地球自转引起的一种表现，它会使运动物体在地球表面上发生偏转，具有以下特征。

1. 证明过程：
a. 考虑一个物体在地球上自北向南的自由运动。

由于地球的自转，地球表面上的一点向东移动的速度比静止的点要快。

因此，当物体向南移动时，它的东速度相对于地球表面上的点会大于其西速度。

b. 根据牛顿第一定律，物体会保持其原有的速度和方向，除非存在着一个外力。

当物体移动时，地球表面上的东速度比其西速度大，导致物体所受到的地球表面的阻力较大。

这个阻力会使物体偏向西侧。

2. 特征：
a. 偏向的方向：地转偏向力的方向垂直于运动物体的速度和地球自转平面。

在北半球，物体向南移动时会偏向西侧；在南半球，物体向北移动时会偏向东侧。

b. 直接与速度有关：地转偏向力与物体的速度成正比。

速度越大，偏向力越大；速度越小，偏向力越小。

c. 直接与纬度有关：地转偏向力与物体所处位置的纬度有关。

在赤道附近，偏向力最小；向极地靠近，偏向力增大。

d. 不具有恢复性：一旦物体离开其原来的路径，地转偏向力不会将其重新引导回来。

这是因为地转偏向力是一个不可逆的力，只能导致物体一直偏离其原来的路径。

总结起来，地转偏向力是地球自转引起的一种现象，它使运动物体在地球表面上发生偏转。

地转偏向力的方向垂直于物体的速度和地球自转平面，与速度和纬度有关，但不具有恢复性。

这个现象是地球旋转的重要结果，对于气象、海洋和航空等方面有着重要的影响。