地球表面科里奥利力的矢量分析

摘 要 科里奥利力是大学物理中的一个重要知识点，其表达式用到了线速度和转动角速度矢量积的形式，对地球转动参考系中物体的运动具有丰富的作用形式和效果。然而在三维立体的地球表面上分析其大小和方向，以及其对宏观物体如水流、大气的影响时相对比较复杂，初学大学物理的学生和研究者很难理解相关物理概念或对之形成清晰的物理图像。本文详细分析了科里奥利力在地球表面矢量投影的一般表达式，并定量分析了该力对一些宏观物体运动产生的影响，为相关物理课程的讲授和学习提供参考。

关键词 科里奥利力;地表;矢量分析

中非国家乌干达的国土被赤道分为两部分，当地居民为了吸引游客，在赤道两侧距离大约20m 的两个位置放置了两个水盆，每个水盆的底部中央开孔，当水从孔中流出时，盆中的水会形成顺时针（赤道南）和逆时针（赤道北）相反旋度的旋涡（图1）[1]。他们以此来形象地说明，南半球和北半球的科里奥利力方向与运动速度的相反旋度关系。相较于地球的尺寸而言，相隔如此近的距离科里奥利力居然能产生截然相反的结果，这不免让人生疑。对类似现象的理论分析不仅可以加深我们对科里奥利力的理解[2-3]，而且能帮助人们鉴别何种现象是可以用物理原理来解释的，而何种现象仅仅是一种人为的“魔术效果”。此外，虽然对科里奥利力的精确计算促进了气象、洋流、航天等应用[4-6]，但对于物理教学方面的阐述还需要进行深化。本文旨在对科里奥利力在地球表面的表现形式作一定量分析。