出品：科普中国

制作：城明辰

监制：中国科学院计算机网络信息中心

地球上，有十分之一的人眼中的日常现象其实和我们大部分人并不一样。

比如，他们看不到北极星，他们看到的台风（“旋风”）是顺时针转的，他们看到陡峭河岸往往位于河流的左侧......

因为，他们生活在南半球。与此相对的，北半球大陆的面积比南半球大得多，承载着世界上近90%的人口。

由于分属于南北两个半球，地球上的一些自然现象却呈现出相反的规律，这背后最为我们熟知的原因就是地转偏向力（科氏力）。

被误解的地转偏向力

在地理课本中，科氏力又被称为地转偏向力。

提到科氏力，许多人往往将它和地球的自旋关联起来，但实际上，纯粹的“地转偏向力”并不存在，这两个力在英文中只有一个统一的名称“Coriolis force”。

物理学中认为，包括地球在内的任何自身旋转物体，都有可能会产生科氏力。

科氏力来源于一位法国工程师——古斯塔夫▪贾斯帕德▪科里奥利（Gustave Gaspard de Coriolis），他在研究水轮旋转的能量转化时发现了它，科氏力之名也由此而来。起初，科氏力和大气以及地球的自转“八竿子打不着”，它们分别应用在各自的领域中。

科氏力最初是由科里奥利在水轮上发现的（图片来源：amatterofind）

和离心力类似，在严格的物理定义中，科氏力并不是实际存在的作用力，它是为了与当地参考系保持一致而引入的一种效应（科氏效应）。

虽然“不存在”，但由于科氏力的概念易于理解，因此被广为流传、广泛应用。

在地球上，几乎所有水平运动的物体都会受到科氏力的作用（除了在赤道上的物体），当它沿着一条直线移动时，随着距离的增加，它的轨迹逐渐发生了弯曲。

“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，从某种意义上来说，运动物体眼中的直线是以其脚下的地面为参考系的，而在旁人的眼中，由于地球的自转，这条直线其实一开始就是一条曲线。

是不是有点难以理解？

伽利略在提出相对性原理时举过这样一个例子：假设在一个平静的湖面上，有一艘匀速直线行驶的大船，将所有的窗户都关上。那么，船上的人是否能分辨出这艘船是静止的，还是匀速直线运动的？

伽利略的轮船思想实验（图片来源：Physics Central）

结果显然不能。由于惯性的控制，船舱内所做的一切力学实验的结果和在静止的船舱里没有任何区别。

同样的，当我们身处在匀速行驶的飞机、火车以及电梯中，往往也会产生“它们是静止的”这样一种错觉。

但地球并不是一艘匀速行驶的船，它始终沿着地轴进行自转。在地球上所有物体的面前，至少摆着两套参考系，一套是以自身为原点的自身参考系，另一套则是以地心为原点，始终在自转的地球参考系。

当然，你还可以建立以太阳为圆心的太阳坐标系等其它无数个坐标系。

而科氏力作为一种惯性力，它并不是一种力，形象地说，它更像一座横跨两套参考系的桥梁。

对于在地球上静止不动的物体，它们会和上一时刻保持相同的运动状态，不论是在自身参考系还是在地球参考系，它们都处于静止状态，科氏力只能“干瞪眼”，发挥不了作用。

在地球表面（非赤道）移动的物体同样也可以选择这两套参考系，但身处不同参考系，它的运动状态却有了差异。当它笔直向前运动时，它的轨迹在自身参考系中是一条直线，而将其轨迹投影在地球表面，则是一条曲线。仿佛有一只无形的手（科氏力）把直线给掰弯了，这条曲线是由旋转的地球和自身的直线轨迹叠加而成的，这就是地球上科氏力的本来面目。

那南北半球的科氏力方向为什么是相反的？

因为地球是圆的。尽管地球在自西向东自转，但当我们处于南北半球高空中向下俯瞰（高度要足够），就会发现，在两个半球看到地球的旋转方向是相反的：北极视角逆时针旋转，南极视角顺时针旋转。这也是南北半球科氏力方向相反的原因。

南北半球相反的科氏力（图片来源：pressbooks）

高纬度两极地区的旋转角速度最大，科氏力也大。尽管赤道上也存在旋转角速度，但它正好和地球的旋转方向完全一致，赤道似乎可以是顺时针旋转，又可以是逆时针旋转，这个争议地带就成为了科氏力的禁区（一条无限细的环线）。

洗手池里的小漩涡！

当然，不仅是风、洋流和飞机会受到科氏力的影响，地球上几乎任何在水平方向运动的物体都会受到地转偏向力的作用，甚至包括马桶里的水。