خلاصه مقاله:
- اثر کوریولیس که از چرخش زمین ناشی میشود، واقعاً میتواند مسیر حرکت هوا و آب را منحرف کند. این اثر بیشتر در مقیاسهای بزرگ، مانند توفندها و جریانهای اقیانوسی، اهمیت پیدا میکند.
- در سینک و وان، شکل ظرف، محل خروجی آب و حرکت اولیه آن تأثیر بسیار بیشتری از کوریولیس دارند. جهت چرخش آب در یک سینک حتی ممکن است در دفعات مختلف تغییر کند.
- آزمایشهای دقیق نشان دادهاند که اگر عوامل مزاحم حذف شوند، آب در نیمکره شمالی و جنوبی میتواند مطابق پیشبینی اثر کوریولیس در جهتهای متفاوت بچرخد.
- اثر کوریولیس واقعی است، اما برای تعیین جهت تخلیه آب در شرایط معمول خانگی بیش از حد ضعیف است.
شاید این ادعا را شنیده باشید که آب در سینک یا وان در نیمکره شمالی زمین در یک جهت میچرخد و در نیمکره جنوبی در جهت مخالف. حتی در برخی فیلمها و برنامههای تلویزیونی هم از این موضوع بهعنوان یکی از تفاوتهای دو نیمکره یاد شده است.
پشت این ادعا پدیدهای علمی واقعی به نام «اثر کوریولیس» قرار دارد که از چرخش زمین ناشی میشود و واقعاً میتواند جهت حرکت هوا و آب را تغییر دهد. بااینحال، اثر کوریولیس در سینک، وان یا توالت خانه آنقدر ضعیف است که معمولاً نمیتواند جهت چرخش آب را تعیین کند.
اثر کوریولیس چیست؟
زمین را مثل صفحهی گردان بسیار بزرگی تصور کنید. همهی نقاط زمین در ۲۴ ساعت یک دور کامل میزنند، اما مسافتی که طی میکنند یکسان نیست. نقاط نزدیک استوا باید مسیر بسیار بزرگتری را طی کنند، درحالیکه نقاط نزدیک قطبها مسیر کوتاهتری دارند.
حالا اگر تودهای از هوا یا آب در مسافت زیادی از شمال به جنوب یا برعکس حرکت کند، سرعتی را که از محل شروعش داشته با خود حفظ میکند؛ زیرا سرعت چرخش سطح زمین در عرضهای جغرافیایی مختلف فرق دارد، مسیر این توده نسبت به سطح زمین کمی منحرف دیده میشود. به این پدیده «اثر کوریولیس» میگویند. در نیمکره شمالی، این انحراف به سمت راست مسیر در حرکت است و در نیمکره جنوبی به سمت چپ.
اثر کوریولیس در مقیاسهای بزرگ اهمیت زیادی دارد. تودههای هوا، طوفانها و جریانهای اقیانوسی ممکن است صدها یا هزاران کیلومتر حرکت کنند و ساعتها یا روزها در حرکت باشند. در چنین شرایطی، انحراف کوچک ناشی از چرخش زمین بهمرور جمع میشود و میتواند تأثیر قابلتوجهی بر مسیر جریان ایجاد کند. اما آب یک سینک معمولاً فقط چند ثانیه فرصت دارد تا وارد لوله تخلیه شود و تنها چند ده سانتیمتر حرکت میکند. در چنین مقیاس کوچکی، اثر کوریولیس بسیار ضعیفتر از عوامل دیگر است.
سوزان هورن، استاد دینامیک سیالات عددی و ریاضی در دانشگاه کاونتری بریتانیا، در گفتوگو با لایوساینس توضیح میدهد که هنگام بررسی اثر کوریولیس باید همیشه مقیاس زمانی و فاصلهای پدیده را در نظر گرفت.
چه چیزی جهت چرخش آب سینک را تعیین میکند؟
در سینک یا وان، حتی کوچکترین حرکت آب میتواند جهت گرداب را تغییر دهد. برای مثال، ممکن است آب هنگام ورود به سینک از همان ابتدا کمی در حال چرخش باشد. حرکت دست یا بدن فرد در وان، نحوه بیرون کشیدن درپوش تخلیه یا حتی نامتقارنبودن بسیار جزئی سینک نیز میتواند روی جهت حرکت آب اثر بگذارد.
شکل و محل خروجی آب نیز اهمیت دارد. سینکها و لولههای تخلیه معمولاً کاملاً متقارن نیستند و همین تفاوتهای کوچک میتوانند تعیین کنند گرداب در چه جهتی شکل بگیرد.
در توالتها موضوع حتی روشنتر است. طراحی کاسه و مسیر ورود آب معمولاً بهگونهای است که آب عمداً در جهت مشخصی به گردش درآید. بنابراین جهت چرخش آب در توالت را نمیتوان نشانهای از اثر کوریولیس دانست. به همین دلیل، یک سینک مشخص ممکن است در یک آزمایش آب را ساعتگرد تخلیه کند و در آزمایش دیگری آب در آن پادساعتگرد بچرخد.
در تخلیههای خانگی، جهت چرخش آب عمدتاً به نحوه ورود آب و شکل ظرف و خروجی تخلیه بستگی دارد. بنابراین صحنه معروف سریال «سیمپسونها» که در آن بارت سیمپسون جهت تخلیه آب در آمریکا و استرالیا را با هم مقایسه میکند، از نظر علمی تصویر دقیقی از اتفاقی که در سینکهای معمولی رخ میدهد ارائه نمیکند.
آیا میتوان اثر کوریولیس را در آب تخلیهشده دید؟
بله، اما نه در سینکهای معمولی. به گفته هورن، برای اینکه چرخش زمین بتواند بر گرداب آب اثر قابلاندازهگیری بگذارد، باید جریان آب را بسیار آهسته کرد یا ابعاد آزمایش را به میزان قابلتوجهی افزایش داد.
دانشمندان برای سنجش این موضوع از مفهومی به نام «عدد راسبی» استفاده میکنند. این عدد نشان میدهد حرکت و اینرسی یک جریان تا چه اندازه در مقایسه با اثر چرخش زمین قوی است.
اگر عدد راسبی کوچک باشد، اثر چرخش زمین میتواند اهمیت پیدا کند. اگر این عدد بزرگ باشد، جریان آنقدر سریع است یا در مسافت آنقدر کوتاهی حرکت میکند که اثر کوریولیس تقریباً فرصتی برای ظاهرشدن ندارد. تخلیه آب در سینک، وان و توالتهای معمولی در همین گروه دوم قرار میگیرد.
بااینحال، آزمایشهای بسیار دقیقی انجام شدهاند که نشان میدهند اگر عوامل مزاحم تقریباً بهطور کامل حذف شوند، اثر کوریولیس واقعاً میتواند جهت گرداب را تعیین کند.
- 20 مهر 04مطالعه '3
- 15 تیر 04مطالعه '4
در سال ۱۹۶۲، پژوهشگری در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) آزمایشی را انجام داد که نتایج آن در مجله نیچر منتشر شد. او از مخزنی بزرگ استفاده کرد و اجازه داد حرکات باقیمانده در آب تا حد ممکن از بین بروند. سپس آب بسیار آرام تخلیه شد. در پایان، آب در خلاف جهت عقربههای ساعت شروع به چرخش کرد؛ همان جهتی که براساس اثر کوریولیس برای نیمکره شمالی انتظار میرفت.
سه سال بعد، پژوهشگران دانشگاه سیدنی آزمایش مشابهی را در نیمکره جنوبی انجام دادند. آنها نیز شرایط محیطی را با دقت کنترل کردند و این بار گرداب در جهت عقربههای ساعت شکل گرفت؛ مطابق پیشبینی اثر کوریولیس برای نیمکره جنوبی.
این آزمایشها نشان دادند که چرخش زمین واقعاً میتواند جهت یک گرداب آب را تعیین کند، اما فقط زمانی که تقریباً تمام عوامل قویتر دیگر حذف شده باشند.
در شرایط عادی خانه چنین اتفاقی نمیافتد. شکل سینک، محل خروجی آب، حرکت اولیه آب و حتی نحوه برداشتن درپوش تخلیه همگی بسیار بیشتر از چرخش زمین روی جهت گرداب اثر میگذارند.
به گفته هورن، برای تشخیص اینکه اثر کوریولیس در یک پدیده اهمیت دارد یا نه، میتوان یک سؤال ساده مطرح کرد: آیا این حرکت بهاندازه کافی آهسته است و در فاصلهای بهاندازه کافی بزرگ رخ میدهد که چرخش زمین فرصت تأثیرگذاری داشته باشد؟
برای طوفانها و جریانهای اقیانوسی پاسخ مثبت است؛ برای آب سینک خانه، معمولاً خیر. در نتیجه، این تصور که «آب در همه سینکهای نیمکره شمالی در یک جهت و در نیمکره جنوبی در جهت مخالف میچرخد» درست نیست. اثر کوریولیس واقعی است، اما در مقیاس یک سینک خانگی آنقدر ضعیف است که عوامل بسیار کوچکتر و محلی جهت چرخش آب را تعیین میکنند.
