科里奧利力的神奇魔力

馬志飛

桑落洲原本是位于江西省九江市東北部長(zhǎng)江拐彎處的一座沙洲，據(jù)考證，現(xiàn)位于安徽省安慶市宿松縣匯口鎮(zhèn)轄域，曾是著名的古戰(zhàn)場(chǎng)，東晉義熙六年（410年），盧循領(lǐng)導(dǎo)的農(nóng)民起義軍在這里大敗東晉北府兵將領(lǐng)劉毅。然而，到了幾百年后的唐朝，這里已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。胡玢在詩(shī)中的意思就是：不要去問(wèn)滄海變桑田的事，你只需看看長(zhǎng)江中的桑落洲就會(huì)明白了。那上面有幾棟新建的房屋，或許你不曾想到，以前那可是長(zhǎng)江流淌的地方。古老的河岸接連不斷地坍塌，對(duì)岸的河灘卻在日益增大，看起來(lái)好像還沒(méi)有要停止下來(lái)的趨勢(shì)。

細(xì)心的人讀到這首詩(shī)后可能會(huì)思考這樣一個(gè)問(wèn)題：為什么河流的一側(cè)在坍塌，而另一側(cè)的河灘在增大呢？其實(shí)原因很簡(jiǎn)單，河水在流動(dòng)過(guò)程中總是朝著低洼處前進(jìn)，所以它總是繞來(lái)繞去尋找最有利的流動(dòng)通道。河水一邊流動(dòng)，一邊侵蝕河岸，試圖讓河道變得更寬，即便河岸是堅(jiān)硬的巖石也難以抵擋流水天長(zhǎng)日久的沖刷。特別是河道的凹岸（凹進(jìn)去的一岸，其對(duì)面為凸岸）受到的沖擊力最大。在凹岸處，表層流水沿著邊坡沖向河底，然后攜帶著泥沙流向凸岸，形成彎道環(huán)流。河道凸岸的淤積物主要來(lái)自于凹岸的沖刷，而且凸岸淤積量與凹岸沖刷量基本保持平衡。如此一來(lái)，凹岸逐漸后退，凸岸緊追不舍，河床就變得越來(lái)越彎曲。

胡玢筆下生動(dòng)的詩(shī)句向我們展示的不正是河流發(fā)展變化的趨勢(shì)嗎？用地質(zhì)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，就是河流的側(cè)蝕作用，又稱旁蝕作用、側(cè)方侵蝕作用，所造成的結(jié)果便是凹岸侵蝕、凸岸堆積。

當(dāng)我們觀察到河流的側(cè)蝕作用，還需要做進(jìn)一步的思考，究竟是什么力量導(dǎo)致它對(duì)河道兩岸區(qū)別對(duì)待呢？地質(zhì)學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)了地球上普遍存在著這樣的現(xiàn)象：北半球的河流右岸（河流前進(jìn)方向的右側(cè)）比較陡峭，而左岸相對(duì)平緩，在南半球則恰恰相反。原因在于，這背后隱藏著一股隱形力量，名為科里奧利力。

科里奧利力是法國(guó)數(shù)學(xué)家和機(jī)械工程師科里奧利在1835年首次發(fā)現(xiàn)的，但是直到20世紀(jì)初才被國(guó)際學(xué)術(shù)界以他的名字命名，也被稱為地轉(zhuǎn)偏向力。這是一種由地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的神奇力量，它能使水平運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)，在北半球向右偏，在南半球向左偏。

在法國(guó)東南部城市阿維尼翁的羅納河上，有一座被列入世界文化遺產(chǎn)的石橋——圣貝內(nèi)澤斷橋，該橋距今已有800多年的悠久歷史。最初，圣貝內(nèi)澤橋全長(zhǎng)約900米，寬4.9米，共有22個(gè)拱門，但歷經(jīng)1644年和1669年的洪水之后，僅幸存4個(gè)拱門。奇怪的是，被沖毀的部分都位于河流右岸，幸存下來(lái)的斷橋位于河流左岸，這成為科里奧利力迫使北半球的河流侵蝕右岸的重要例證之一。

2016年，我國(guó)學(xué)者宋向陽(yáng)等考察了長(zhǎng)江、嘉陵江、岷江、湘江、贛江等5條河流兩岸城市的分布情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在河流右岸的城市居多，共22個(gè)，以上海、南京等大中城市為主，左岸城市只有11個(gè)，而且經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口數(shù)量都不如右岸城市。究其原因，正是由于河流對(duì)右岸的沖刷更為嚴(yán)重，使得河床較深，更適宜作為航道或建設(shè)港口和碼頭，進(jìn)而帶動(dòng)城市的形成和發(fā)展。相比之下，南半球的亞馬孫河流域，河岸左側(cè)的大城市更多，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度也優(yōu)于右岸城市。

科里奧利力只能改變物體的運(yùn)動(dòng)方向而不能改變物體的運(yùn)動(dòng)速度，這種力的大小既取決于物體本身的質(zhì)量和水平運(yùn)動(dòng)速度，還與它在地球上所處的位置有關(guān)。它能在地球上大尺度空間內(nèi)起到重要的作用，例如在大氣層中，能夠卷起熱帶氣旋，在北半球它們都是做逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的大型渦旋，而在南半球做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；在海洋中，由于盛行風(fēng)以及科里奧利力的共同作用，使北半球形成了順時(shí)針?lè)较虻木薮蠛Ｑ蟓h(huán)流，在南半球則形成逆時(shí)針?lè)较虻暮Ｑ蟓h(huán)流。

如果我們不了解科里奧利力，可能會(huì)帶來(lái)一些麻煩。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)在110多千米之外用火炮攻擊巴黎，奇怪的是，打出的炮彈總是向右偏離瞄準(zhǔn)目標(biāo)，炮兵們百思不得其解，后來(lái)請(qǐng)專家進(jìn)行校正才解決問(wèn)題。無(wú)獨(dú)有偶，“一戰(zhàn)”期間的德國(guó)和英國(guó)艦隊(duì)在大西洋西南部的?？颂m群島進(jìn)行大規(guī)模的海戰(zhàn)，英軍的炮彈總是打不中德國(guó)軍艦。后來(lái)才搞明白，原來(lái)是英軍犯了一個(gè)常識(shí)性錯(cuò)誤，他們?cè)诒卑肭蛐?zhǔn)過(guò)的大炮到了南半球后不再適用。在北半球發(fā)射的炮彈總是向右偏，到了南半球卻總是向左偏，偏轉(zhuǎn)方向完全相反，如果不重新校正，必然使誤差加倍。

對(duì)于步槍射擊、射箭等體育運(yùn)動(dòng)而言，射擊的精確度主要取決于重力、風(fēng)向和風(fēng)速的影響，但是也會(huì)受到地域的影響。有學(xué)者認(rèn)為，為了在體育比賽中取得好成績(jī)，運(yùn)動(dòng)員應(yīng)當(dāng)提前一段時(shí)間到達(dá)比賽場(chǎng)地進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，特別是當(dāng)日常生活地與正式比賽場(chǎng)地分別位于南、北兩個(gè)半球時(shí)，更應(yīng)如此。

很多時(shí)候，科里奧利力常?？梢院雎圆挥?jì)，特別是對(duì)于一些局部的、微觀的現(xiàn)象，很難用它進(jìn)行解釋。1962年的一天，美國(guó)麻省理工學(xué)院的教授謝皮羅在洗澡時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)，排出的洗澡水在澡盆里形成了一個(gè)漩渦。后來(lái)，他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，每次拔掉澡盆的塞子之后流水都會(huì)出現(xiàn)漩渦，而且這些漩渦總是按照逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。謝皮羅認(rèn)為這種現(xiàn)象與地球的自轉(zhuǎn)有關(guān)，并做出推測(cè)：這樣的漩渦在北半球呈逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，在南半球呈順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，而在赤道則不會(huì)出現(xiàn)漩渦。謝皮羅將自己的研究成果寫成論文發(fā)表之后，引起很多人的興趣，大家紛紛在世界各地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察。

然而，很多實(shí)驗(yàn)表明，“謝皮羅現(xiàn)象”并不完全正確。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，洗澡盆里的水受到的科里奧利力微乎其微，順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较虻匿鰷u都有可能出現(xiàn)，學(xué)者們認(rèn)為這主要與排水過(guò)程是否受到外力擾動(dòng)、排水口自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有關(guān)，并非完全由科里奧利力決定。

有人受“河流右岸侵蝕更嚴(yán)重”的啟發(fā)，曾提出一種奇怪的養(yǎng)生方法——睡覺(jué)時(shí)身體呈南北方向的姿勢(shì)，能增強(qiáng)流動(dòng)的血液對(duì)血管壁的沖刷，以便去除沉積的膽固醇，防止血管硬化。乍一聽(tīng)似乎很有道理，但這完全夸大了科里奧利力的作用。還有一種說(shuō)法，北半球的汽車靠右行駛比靠左行駛更安全，因?yàn)楸卑肭虻牡剞D(zhuǎn)偏向力是向右偏的，可以減小與對(duì)面來(lái)車相撞的概率。其實(shí)這并不正確，迄今為止，并沒(méi)有科學(xué)證據(jù)表明哪種行駛方式更安全。同是在北半球的日本、英國(guó)卻習(xí)慣于汽車靠左行駛，實(shí)際上這種情況與科里奧利力關(guān)系不大，主要是歷史遺留習(xí)慣而已，比如英國(guó)在中世紀(jì)的騎士時(shí)代，為了方便用右手持兵器與敵人交鋒并讓自己的心臟遠(yuǎn)離對(duì)手，所以習(xí)慣左行原則。