關(guān)于地轉(zhuǎn)偏向力問題的討論

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)江寧分校,江蘇 南京 211102)

1 引言

由于中學(xué)地理中出現(xiàn)了地轉(zhuǎn)偏向力的概念,所以在講授科里奧利力時(shí),學(xué)生會(huì)立刻聯(lián)系到地理中關(guān)于地轉(zhuǎn)偏向力的描述,從而引發(fā)了爭(zhēng)論。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，關(guān)于地轉(zhuǎn)偏向力的爭(zhēng)論一直沒有停止過,主要集中在以下幾個(gè)問題:

(1) 地轉(zhuǎn)偏向力與科里奧利力是什么關(guān)系?

(2) 地轉(zhuǎn)偏向力包括豎直方向上的科里奧利力嗎？

(3) 地轉(zhuǎn)偏向力只是因?yàn)槲矬w沿經(jīng)線方向而引起的嗎？

(4) 沿緯線運(yùn)動(dòng)的物體不受地轉(zhuǎn)偏向力嗎？

(5) 豎直方向運(yùn)動(dòng)的物體不受地轉(zhuǎn)偏向力嗎？

(6) 地轉(zhuǎn)偏向力包括慣性離心力嗎?

要解決上述問題，首先必須弄清地轉(zhuǎn)偏向力的定義。地轉(zhuǎn)偏向力是由科里奧利力意譯過來的，雖然非常形象，但細(xì)想起來,這種翻譯是有問題的。譯者先根據(jù)科里奧利力具有使物體運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)的作用效果來命名,然后再意譯成中文。但是這種命名方法是不科學(xué)的,就像我們不會(huì)把重力譯成“下落力”一樣,把科里奧利力譯成地轉(zhuǎn)偏向力,掩蓋了科里奧利力的性質(zhì),甚至抽去了科里奧利力的本質(zhì),從而導(dǎo)致不必要的爭(zhēng)論。實(shí)際上,考慮到科學(xué)性，新版《辭?！芬讶∠恕暗剞D(zhuǎn)偏向力”這一辭條，改用“科里奧利力”。[1]

知道了地轉(zhuǎn)偏向力是將被棄用的名稱,再弄清科里奧利力的產(chǎn)生原理,以上所述問題就都會(huì)有明確的答案。

2 科里奧利力的產(chǎn)生原理

如圖1所示，建立靜止參考系Oxyz(靜系)與繞O′z′軸以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系O′x′y′z′(動(dòng)系),顯然有r=rt+r′，r為絕對(duì)位矢，rt為牽連位矢，r′為相對(duì)位矢。

圖1

圖2是物體相對(duì)地球(動(dòng)系)沿(a)經(jīng)線、(b)緯線和(c)豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的科里奧利力的示意圖?？梢钥闯?沿經(jīng)線、緯線和豎直方向運(yùn)動(dòng)的物體都可能會(huì)受科里奧利力的作用，而且科里奧利力會(huì)有豎直分量和水平分量,事實(shí)上,我們一般不去研究物體在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)物體所受的科里奧利力,即圖2(c)情形,也不研究科里奧利力的豎直分量,如圖2(b)的科里奧利力就有豎直分量。在地理上,更多關(guān)心科里奧利力的水平分量。但不能據(jù)此認(rèn)為豎直方向上運(yùn)動(dòng)的物體就不受地轉(zhuǎn)偏向力，或者說地轉(zhuǎn)偏向力就只是水平方向的。[2][3]

圖2

另外還存在一種觀點(diǎn),認(rèn)為沿緯線運(yùn)動(dòng)的物體所受的地轉(zhuǎn)偏向力是慣性離心力所致。[3]如果物體沿緯線運(yùn)動(dòng)時(shí),在固著于這個(gè)物體上的參考系中觀察,確實(shí)會(huì)發(fā)生離心力的變化,這個(gè)力是由于動(dòng)系牽連運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的。但對(duì)于固定在地球上的參考系來看,相對(duì)地球在緯線上的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力屬于科里奧利力,不是牽連運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的,而是相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。必須注意到科里奧利力和慣性離心力其實(shí)是兩種完全不同性質(zhì)的力。

3 結(jié)語(yǔ)

通過上述討論,我們可以一并回答本文開頭提出的6個(gè)問題，地轉(zhuǎn)偏向力是一種不科學(xué)的稱謂,建議改稱科里奧利力;在地球系(動(dòng)系)中運(yùn)動(dòng)的物體,只要速度不與角速度平行,都會(huì)受科里奧利力,只是不常討論豎直方向上運(yùn)動(dòng)物體所受到的科里奧利力,也不太關(guān)注科里奧利力在豎直方向上的分力。慣性離心力由動(dòng)系的牽連運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生,而科里奧利力是相對(duì)動(dòng)系運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，是兩種不同性質(zhì)的力。