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2020-10-01想要移民太空?你不可不知的「科氏力」! 610 期

Author 作者 施奇廷/清華大學物理系博士,任教於東海大學應用物理學系,從事計算神經科學研究;並致力於將影視動漫畫等娛樂作品與物理教育結合,希望吸引更多人進入物理學的世界。
因編輯與排版作業疏失,造成誤植情形向各位讀者致歉。【勘誤啟示】610期《科學月刊》第51頁的圖一熱帶氣旋圖上,南北半球的氣旋圖示標示相反,應將左右的氣旋圖對調。

科氏力是一種源自於非慣性座標系的「假想力」。颱風等熱帶氣旋是受科氏力影響的經典例子,隨著區域的不同,氣旋的旋轉方向也有差異。而另一個科氏力常見的說法,就是水槽的水流漩渦方向,相傳南北半球會有不同的漩渦方向,但這其實只是迷思,在微小的數量級尺度下,科氏力的效應並不會明顯出現。此外,當人類未來計畫移民太空,住在旋轉的圓筒殖民地時,科氏力不但不可忽視,甚至會對生活帶來諸多麻煩……。


今(2020)年對全世界來說,都是多事之秋。先是總統大選,然後是2019冠狀病毒疾病(COVID-19)疫情,也因此在臺灣產生了獨特的流行語,先是「浴缸與塞子」,接著又是「到底要順時鐘,還是逆時鐘?」

這些雖然都是政治與媒體的用語,但有趣的是,它們都跟一個物理現象有關:科里奧利力(Coriolis Force),簡稱科氏力。

科氏力不是真正的力!

科氏力在「地球的尺度」下有許多影響,最常看到的例子是「熱帶氣旋」,在西北太平洋叫做颱風(typhoon),東北太平洋與北大西洋叫做颶風(hurricane),而印度洋與南太平洋叫做旋風(cyclone)。臺灣位於北半球,由於科氏力的作用,颱風是逆時鐘旋轉的;而南半球的旋風則是順時鐘方向。但能夠影響這種大尺度自然現象的科氏力,卻是一種「假想力」。也就是說,科氏力不是一種真正的力,而是源於我們地球人是「非慣性座標系的觀察者」的假想力。

什麼是非慣性座標系呢?當觀察者本身有加速度時,就會感受到跟加速度相反方向的假想力。最常見的例子就是我們搭乘向上加速的電梯時,會感受到一股把我們往下壓的力量,身體就會變得沈重。而我們在地球上生活,跟著地球一起自轉時,也是一種加速度運動。於是跟著地球一起轉的東西,也都會感受到兩個假想力:離心力與科氏力。……【更多內容請閱讀科學月刊第610期】