關于地轉偏向力問題的討論

(南京師范大學附屬中學江寧分校,江蘇 南京 211102)

1 引言

由于中學地理中出現了地轉偏向力的概念,所以在講授科里奧利力時,學生會立刻聯系到地理中關于地轉偏向力的描述,從而引發了爭論。查閱文獻發現，關于地轉偏向力的爭論一直沒有停止過,主要集中在以下幾個問題:

(1) 地轉偏向力與科里奧利力是什么關系?

(2) 地轉偏向力包括豎直方向上的科里奧利力嗎？

(3) 地轉偏向力只是因為物體沿經線方向而引起的嗎？

(4) 沿緯線運動的物體不受地轉偏向力嗎？

(5) 豎直方向運動的物體不受地轉偏向力嗎？

(6) 地轉偏向力包括慣性離心力嗎?

要解決上述問題，首先必須弄清地轉偏向力的定義。地轉偏向力是由科里奧利力意譯過來的，雖然非常形象，但細想起來,這種翻譯是有問題的。譯者先根據科里奧利力具有使物體運動偏轉的作用效果來命名,然后再意譯成中文。但是這種命名方法是不科學的,就像我們不會把重力譯成“下落力”一樣,把科里奧利力譯成地轉偏向力,掩蓋了科里奧利力的性質,甚至抽去了科里奧利力的本質,從而導致不必要的爭論。實際上,考慮到科學性，新版《辭海》已取消了“地轉偏向力”這一辭條，改用“科里奧利力”。[1]

知道了地轉偏向力是將被棄用的名稱,再弄清科里奧利力的產生原理,以上所述問題就都會有明確的答案。

2 科里奧利力的產生原理

如圖1所示，建立靜止參考系Oxyz(靜系)與繞O′z′軸以角速度ω轉動的參考系O′x′y′z′(動系),顯然有r=rt+r′，r為絕對位矢，rt為牽連位矢，r′為相對位矢。

圖1

圖2是物體相對地球(動系)沿(a)經線、(b)緯線和(c)豎直方向運動時所受的科里奧利力的示意圖。可以看出,沿經線、緯線和豎直方向運動的物體都可能會受科里奧利力的作用，而且科里奧利力會有豎直分量和水平分量,事實上,我們一般不去研究物體在豎直方向運動時物體所受的科里奧利力,即圖2(c)情形,也不研究科里奧利力的豎直分量,如圖2(b)的科里奧利力就有豎直分量。在地理上,更多關心科里奧利力的水平分量。但不能據此認為豎直方向上運動的物體就不受地轉偏向力，或者說地轉偏向力就只是水平方向的。[2][3]

圖2

另外還存在一種觀點,認為沿緯線運動的物體所受的地轉偏向力是慣性離心力所致。[3]如果物體沿緯線運動時,在固著于這個物體上的參考系中觀察,確實會發生離心力的變化,這個力是由于動系牽連運動所導致的。但對于固定在地球上的參考系來看,相對地球在緯線上的運動所產生的慣性力屬于科里奧利力,不是牽連運動所產生的,而是相對運動產生的。必須注意到科里奧利力和慣性離心力其實是兩種完全不同性質的力。

3 結語

通過上述討論,我們可以一并回答本文開頭提出的6個問題，地轉偏向力是一種不科學的稱謂,建議改稱科里奧利力;在地球系(動系)中運動的物體,只要速度不與角速度平行,都會受科里奧利力,只是不常討論豎直方向上運動物體所受到的科里奧利力,也不太關注科里奧利力在豎直方向上的分力。慣性離心力由動系的牽連運動而產生,而科里奧利力是相對動系運動而產生的，是兩種不同性質的力。