馬桶排水時的漩渦到底是怎么來的？

相信大家都曾注意過，家里的馬桶或洗臉池在排水時總會形成漩渦。很多地方將其解釋為地轉偏向力的結果：地球表面運動的物體會受到地轉偏向力的作用，力的方向在北半球向右，在南半球向左，于是在南北半球分別成了順時針和逆時針的漩渦。在電影《金蟬脫殼》中，史泰龍飾演的經驗豐富的越獄專家正是根據排水口漩渦的轉動方向來判斷監獄的地理位置，最終逃出生天的。但事實真的是這樣的嗎？

首先，讓我們了解一下什么是地轉偏向力。嚴格地說，地轉偏向力并不是一種“力”，而是一種慣性力。根據牛頓第一定律，運動的物體在不受外力時會保持原有的運動方向不變。假設地球停止了自轉，我們站在完全靜止的地球上觀察，物體會嚴格地沿直線運動；而一旦腳下的地球轉動起來，物體運動的軌跡相對地球而言就不再是一條直線了，會向左或向右偏斜，就像受到外力的推動一樣。實際上，物體仍然是沿直線運動，只不過是我們所處的參考系發生了轉動，所以才會覺得物體的運動方向發生了偏轉。

如果讀者覺得上面一大段很難理解的話，不妨來看下面的示意圖（筆者親繪，筆法很渣，理解就行……）：圖中的圓是一個順時針轉動的轉盤，A站和B分別站在轉盤的兩端，假設他們倆都感受不到轉盤的轉動（我們站在地球上，也感受不到地球的自轉），A想把手里的小球扔給B，便把小球沖著B的方向狠狠地扔去，哪知小球并沒有沿著直線運動，而是拐了個彎，落到了B的左邊，就像是一只無形的手，把小球撥向了左邊。在A看來，小球一定是受到了向左的力的作用，而拿我們的上帝視角來看，哪有什么力呀，罪魁禍首正是參考系的轉動。

從南半球看，地球是順時針旋轉的，和上面的示意圖一樣，所以在南半球，運動物體看起來會像左偏，我們便稱南半球的運動物體收到方向向左的地轉偏向力，而從北半球看，地球逆時針旋轉，地轉偏向力的方向和南半球正好相反，是向右的。

看到這里，恐怕有人要問了，排水口的水不就是運動物體嗎？它受到向左或向右的力，自然就會轉起來呀，這樣看來，排水口的漩渦恐怕真還是地轉偏向力引起的。

要回答這個問題，還需要考慮地轉偏向力的大小。地轉偏向力大小的計算公式是：F=2mvωsinφ，m、v是物體的質量、速度，ω是地球自轉的角速度，φ是物體所處的緯度。我們不妨用這個公式估算一下排水口的水受到地轉偏向力的大小，假設水流運動的速度為10m/s，在地轉偏向力最大的兩極地區（非極點，極點角速度為0），水質點因地轉偏向力而產生的加速度僅為0.001454m/s2，可以說地轉偏向力對排水口水流方向的影響微乎其微，根本難以產生可以觀察到的效果。實際上，排水口的漩渦更大程度上是隨機擾動和排水口構造所影響的，跟地轉偏向力沒有太大關系。

難道說地轉偏向力對我們的生活毫無影響嗎？非也。雖然在小的空間尺度上，地轉偏向力微乎其微，難以嶄露頭角，但是在大的時空尺度上，地轉偏向力可以展現出不容忽視的力量：氣旋形成、導彈發射、鐵軌磨損等大尺度的問題，都要考慮地轉偏向力的作用。

總而言之，地轉偏向力的量級很小，并不是排水口漩渦形成的主要原因。