Gyorskeresés

A lefolyóban a víz ellentétes irányban örvénylik az északi ill. déli féltekén a Coriolis-erő miatt? 10114

Az Egyenlítő mentén elhelyezkedő országokban gyakori turistaatrakció, hogy lavórban, mosogatótálcában lefolyó vízzel "demonstrálják", hogy az északi és a déli féltekén másképp működnek a dolgok, eltérő irányba kezd örvényleni a lefolyóban a víz:

A magyarázat szerint a Coriolis-erő az északi féltekén mindig jobbra térít el a mozgó tárgyakat (így a középen lévő lefolyó irányába, befelé áramló vízmolekulákat), míg a déli féltekén mindig balra. Emiatt - állítja az érvelés - a mosdókagylókban, kádakban, mosogatókban és a WC-csészékben az északi féltekén (felülről nézve) az óramutató járásával ellentétes irányú örvénylés alakul ki, míg a déli féltekén ezzel ellentétes irányú (az óramutató járásával egyező irányú) örvénylés jön létre:

Tehát például az alábbi kép az északi féltekén kellett, hogy készüljön:

Valójában a lefolyó víz esetlegesen kialakuló örvénylésének forgásirányát nem a pici Coriolis-erő, hanem egyéb tényezők szokták meghatározni. A legegyszerűbb eset a WC-csésze, ott ugyanis sokszor az egyik oldalról folyik be az öblítővíz, ezzel adott irányú örvénylésbe hozza a vizet, függetlenül attól, hogy a WC-csésze az északi vagy a déli féltekén található:

Ezen túl örvénylést okozhat az edény aszimmetriája is (tehát a geometriája), vagy pedig egyszerűen az a trükk, hogy a víz az egyik oldalon történő beöntéskor az edényben forgásba jön. A forgás szögsebessége a lefolyóhoz közeledve (a perdületmegmaradás miatt) meg is növekszik, emiatt végül már látványos a forgás. A fenti videóban jól megfigyelhetjük, hogy a hölgy az első esetben, az Egyenlítőn állva hosszasan beszél, ezáltal kivárja, hogy a víz áramlásai a súrlódástól megszűnjenek; így aztán a víz nem is forog a leengedéskor. Aztán a második esetben egyértelműen az edény bal oldalán önti be a vizet, ami ettől az óramutató járásával egyező irányba kezd el forogni a kézmosóban. Ügyes, ahogy a számlálással azt az érzetet kelti, mintha hosszú idő telne el, vagyis mintha megvárta volna, hogy a víz nyugalomba kerüljön, pedig nem, hiszen ha jól figyelünk, még szemmel is láthatóan forog, amikor kihúzza a dugót. Csodák csodája, a víz pont ebbe, a beöntéstől létrejött forgásirányba örvénylik a lefolyónál. A harmadik esetben aztán határozottan az edény jobb oldalán önti be a vizet, amitől az az óramutató járásával ellentétesen jön forgásba. Hogy biztosra menjen, a számlálást épp csak elkezdi, és az 1-nél járva máris kihúzza a dugót. A siker garantált.

A másik módszer még átlátszóbb: 3 külön edényt használnak, melyeknek fix a helyük. Ez esetben elég fogni egy olyan edényt, amelyben az aszimmetriája miatt a lefolyó víz az óramutató járásával egyező itrányban kezd el forogni, és azt kell a déli féltekére lerakni, a másik irányban forgató edényt pedig az északi féltekére, egy kellően szimmetrikusat pedig az Egyenlítő "vonalára". Az áramlást lecsillapítani hivatott lapot pedig az Egyenlítőn sokáig érdemes bent tartani, míg a másikaknál csak rövid ideig:

Egyébként ez a Coriolis-erő által okozott effektus tényleg létezik, csak irtózatosan kicsi, ha az Egyenlítőtől néhány méterre vagyunk. A Coriolis-erő ugyanis:

\[\vec{F}_{\mathrm{Cor}}=2m\left(\vec{v}\times \vec{\omega}\right)\]

A Föld \(\vec{\omega}\) szögsebességvektora mindenhol a Föld forgástengelyével párhuzamos, és észak felé mutat:

Mivel a vektoriális szorzásban csak az egyik vektornak a másik vektorra merőleges komponense számít, ezért a \(\vec{v}\) sebességvektort is és az \(\vec{\omega}\) szögsebességvektort is érdemes felbontani \(\vec{v}_x\) illetve \(\vec{\omega}_x\) vízszintes, valamint \(\vec{v}_y\) illetve \(\vec{\omega}_y\) függőleges komponensekre. A sebesség \(\vec{v}_x\) vízszintes komponensére a szögsebesség \(\vec{\omega}_y\) függőleges komponense "fog hatni" Coriolis-erővel, míg a sebesség \(\vec{v}_y\) függőleges komponensére a szögsebesség \(\vec{\omega}_x\) vízszintes komponense "fog hatni". Ellentétes irányú eltérülés amiatt keletkezik az északi és déli féltekén, hogy a szögsebességvektornak a függőleges komponense ellentétes irányú a féltekéken. Nézzük részletesen:

Az \(\vec{\omega}\) szögsebességnek csak az \(\vec{\omega}_y\) függőleges komponense az, ami jobbra illetve balra téríti el a \(\vec{v}_x\) vízszintes sebességkomponenst. Az Egyenlítőn a szögsebesség függőleges komponense valóban nulla, és valóban ellentétes lesz, ha észak felé illetve ha dél felé indulunk. Ugyanis az északi féltekén a szögsebesség függőleges komponense mindig felfelé mutat:

míg a déli féltekén mindig lefelé:

Ha jól megnézzük, az északi és a déli sarkon a sögsebeségvektor teljes egészében függőleges irányú. Az Egyenlítőhöz közel azonban a függőleges komponens nagyon kicsi, a \(6370\ \mathrm{km}\)-es sugarú Földhöz képest pár lépéssel az Egyenlítőtől nagyon nagy pontossággal nulla.

Az életben mindennek meg kell fizetni az árát, a tudatlanságnak is. Aki nem tanulta meg nemcsak a középiskolai fizikát, de még azt sem, hogy alaposan figyeljen az árulkodó jelekre, azt a tudatlan turistákra szakosodott helyi szemfényvesztők majd szépen lehúzzák.

Típus: