Чому в різних півкулях Землі вода в раковині закручується по-різному: вчені дали відповідь

У країнах, які знаходяться в безпосередній близькості до екватора Землі, туристам часто показують трюк із водою. Ведучий ставить три ємності з водою — одну в північній півкулі, одну в південній, а ще одну прямо на екваторі. Зрештою воді дозволяють стекти, і в міру зливу вона обертається в різних напрямках, пише IFLScience.

Людям часто пояснюють це явище ефектом Коріоліса, який часто фігурує в міських легендах і популярній культурі через свою інтригуючу природу.

Ефект Коріоліса ґрунтується на ідеї про те, що обертання Землі створює фізичну силу, звану силою Коріоліса, яка впливає на те, як ми бачимо ті чи інші об'єкти, рухаючись разом із Землею.

Сила Коріоліса змушує об'єкти на поверхні Землі відхилятися в різні боки залежно від того, де стосовно екватора вони розташовані. Найсильніше ці відхилення видно поблизу полюсів і вони майже непомітні на екваторі.

Ефект Коріоліса впливає на такі природні явища, як урагани, які вивчають метеорологи та океанографи. Але проблема полягає в тому, що ці сили ніяк не впливають на поведінку води в кухонній раковині. Математика може спробувати пояснити, як усе відбувається.

Математика явища

Геофізики часто використовують у своїй роботі математичне рівняння, відоме як рівняння Нав'є-Стокса. Воно описує рух в'язкої ньютонівської рідини і є основою гідродинаміки. Інакше кажучи, рівняння Нав'є-Стокса пов'язують із вимірюванням швидкості рідини — її руху — із силами, що впливають на рідину, водночас з огляду на кілька фізичних обмежень.

Фізики та математики можуть записати ці рівняння, але, на жаль, не можуть їх розв'язати. Насправді, ці рівняння входять до списку так званих "Задач тисячоліття", за розв'язання яких присуджують премію в розмірі 1 млн доларів.

Попри те, що ми не маємо повного розв'язання рівняння Нав'є-Стокса, метеорологи та фізики-океанографи все ж можуть скористатися частковими розв'язаннями. Один із таких способів полягає в порівнянні різних членів рівнянь Нав'є-Стокса для того, щоб визначити, які з них найважливіші.

Такі порівняння часто записуються як фізичні величини, що не мають одиниць виміру, тому їх було названо "безрозмірними величинами".

Магія в раковині

У контексті ефекту Коріоліса найважливішим безрозмірним числом є число Россбі, яке було названо на честь метеоролога 20-го століття Карла-Густава Россбі. Воно порівнює динаміку рідини зі швидкістю обертання Землі, при цьому беручи до уваги, наскільки масштабна система і як швидко вони рухаються.

Мале число Россбі — ознака системи, яка схильна до значного впливу сили Коріоліса. Велике число Россбі — ознака системи, в якій домінують сила інерції та відцентрова сила. Наприклад, урагани справді мають тенденцію обертатися за годинниковою стрілкою в Південній півкулі та проти годинникової стрілки в Північній півкулі, оскільки тут мають сильний вплив сили Коріоліса.

Ту саму математику, яку застосовую до гігантських ураганів, можна застосувати й до води в раковині ванної кімнати. У такому разі система буде відносно маленькою, тому число Россбі буде більшим, а це свідчить про те, що сила Коріоліса матиме незначний вплив на воду в раковині.

Тому обертання води в зливі може бути постійним, але воно ніяк не пов'язане з ефектом Коріоліса.

Та ж логіка застосовна і до екваторіальних обертань. З огляду на розмір системи, сила Коріоліса не відповідає за обертання води в раковинах.

Такий висновок також підтверджується відео, яке було знято в різних країнах. На записах видно, що вода в Північній півкулі обертається проти годинникової стрілки в одній країні, і за годинниковою стрілкою в іншій. Якби за це був відповідальний ефект Коріоліса, тоді обертання було б однаковим в обох країнах Північної півкулі.

Хоча вчені не можуть заперечувати, що вода по-різному закручується в різних півкулях Землі, за їхніми словами, це явище неможливо пояснити ефектом Коріоліса через занадто маленькі масштаби того, що відбувається.