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抽水馬桶----經典的物理學錯誤解釋
送交者: datagrd 2003年10月28日19:03:08 於 [教育學術] 發送悄悄話

一些類似於十萬個為什麼之類的科普讀物,使用物理學定律解釋生活中的現象,而物理學教科書中也使用生活現象作為物理定律的應用。這正是物理學的威力所在。但是,如果對現象使用錯誤的解釋,反而容易損害科學精神。下面舉出常見的物理學經典錯誤解釋。

  抽水馬桶的水流形成的漩渦,在北半球逆時針旋轉,在南半球順時針旋轉。

  當我們使用洗臉池或者抽水馬桶後放水時,水流通常要形成漩渦從排水孔流出。為什麼會形成漩渦呢?熱心的物理學家這樣告訴我們:由於地球本身的自轉,使得在其表面流動的液體和氣體(或稱為流體),受到“科里奧利力”的作用。

  科里奧利是19世紀法國數學家,他發現在旋轉球體上移動的物體,會偏離其運動軌跡。這很容易理解,把等角速度旋轉的物體本身看成是一個非慣性系,那麼其中運動的物體受到慣性力的作用;特別是,一個慣性力垂直於矢弳方向,是因為沿矢弳方向移動時候,其線速度會發生改變,也就是產生了加速度,這就是受力方向。在地球北半球,科里奧利力造成流體逆時針旋轉,在南半球則順時針旋轉。

  物理學家對科里奧利力或科里奧利效應的理解絕對準確,但使用科里奧利效應來解釋抽水馬桶水的漩渦則大錯特錯。科里奧利效應在解釋洋流、大氣環流之類大規模運動的流體時是成立的。但是,對抽水馬桶的水流,科里奧利效應則幾乎毫無影響。馬桶旋轉水流的2端,由於地球自轉造成的影響幾乎是完全相等的,即使有略微不同,也安全無
法造成強烈的水流。

  那麼,馬桶時如何造成水流旋轉呢?仔細觀察即可發現,答案是馬桶邊緣的出水孔。馬桶設計人員使水從邊緣沿着切線方向噴出,這樣造成水流的強烈旋轉。但是,洗臉池和浴缸並沒有側向水流,為什麼也會產生深深的漩渦呢?答案也不是科里奧利效應。

  原因在於,水在流向排水孔時,不能把孔完全蓋住,否則,空氣跑不出來,水也流不下去。因此,水流必須“排隊等候”流入排水孔。漩渦就是水流排隊的方式。通常,對於某個馬桶,漩渦方向是固定的。這因為排水孔中心並不嚴格處於馬桶或者浴缸的中心,這樣,初始的隨機偏轉效應會累積,最後形成固定的旋轉方向。

  不相信嗎?多做幾個實驗吧。


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