抽水马桶----经典的物理学错误解释


送交者: datagrd 2003年10月27日21:42:33 于 [教育与学术]http://www.bbsland.com


一些类似于十万个为什么之类的科普读物，使用物理学定律解释生活中的现象，而物理学教科书中也使用生活现象作为物理定律的应用。这正是物理学的威力所在。但是，如果对现象使用错误的解释，反而容易损害科学精神。下面举出常见的物理学经典错误解释。

　　抽水马桶的水流形成的漩涡，在北半球逆时针旋转，在南半球顺时针旋转。

　　当我们使用洗脸池或者抽水马桶后放水时，水流通常要形成漩涡从排水孔流出。为什么会形成漩涡呢？热心的物理学家这样告诉我们：由于地球本身的自转，使得在其表面流动的液体和气体（或称为流体），受到“科里奥利力”的作用。

　　科里奥利是19世纪法国数学家，他发现在旋转球体上移动的物体，会偏离其运动轨迹。这很容易理解，把等角速度旋转的物体本身看成是一个非惯性系，那么其中运动的物体受到惯性力的作用；特别是，一个惯性力垂直于矢弪方向，是因为沿矢弪方向移动时候，其线速度会发生改变，也就是产生了加速度，这就是受力方向。在地球北半球，科里奥利力造成流体逆时针旋转，在南半球则顺时针旋转。

　　物理学家对科里奥利力或科里奥利效应的理解绝对准确，但使用科里奥利效应来解释抽水马桶水的漩涡则大错特错。科里奥利效应在解释洋流、大气环流之类大规模运动的流体时是成立的。但是，对抽水马桶的水流，科里奥利效应则几乎毫无影响。马桶旋转水流的2端，由于地球自转造成的影响几乎是完全相等的，即使有略微不同，也安全无
法造成强烈的水流。

　　那么，马桶时如何造成水流旋转呢？仔细观察即可发现，答案是马桶边缘的出水孔。马桶设计人员使水从边缘沿着切线方向喷出，这样造成水流的强烈旋转。但是，洗脸池和浴缸并没有侧向水流，为什么也会产生深深的漩涡呢？答案也不是科里奥利效应。

　　原因在于，水在流向排水孔时，不能把孔完全盖住，否则，空气跑不出来，水也流不下去。因此，水流必须“排队等候”流入排水孔。漩涡就是水流排队的方式。通常，对于某个马桶，漩涡方向是固定的。这因为排水孔中心并不严格处于马桶或者浴缸的中心，这样，初始的随机偏转效应会累积，最后形成固定的旋转方向。

　　不相信吗？多做几个实验吧。

但我在澳洲特意试过--是往右转! 莫非那儿的马桶是专门设计的?

This is a myth indeed, though still quoted virtually in every classroom to explain the coriolis effect to fluid mechanics students. The coriolis effect can govern the swirling of fluid flows, and where it does, the swirling is opposite in opposite hemispheres. However, it is only appreciable on a very large scale. Hurricanes obey it: tornadoes, which are much smallers, do not, and neither do toilet flashes, which are much smaller still.

in the confinement of someone's bathroom, the vector of the vortex depends much more on the geometry of the hole.