出品：科普中國
出品人：陳星
制作方：中國科學院計算機網絡信息中心
前段時間旋轉牛頓第一定律是什么，南方多省臺風肆虐，從氣象臺公布的臺風圖上，我們發現臺風的旋轉方向都是逆時針的，那是不是意味著臺風都是逆時針旋轉的呢？
臺風“天鴿”（圖片來自網絡）
其實，并不是所有的臺風都是逆時針旋轉的。因為我們在北半球，所以天氣預報里通常看到的都是北半球的臺風情況。北半球的臺風是逆時針旋轉的，而南半球的臺風則是順時針旋轉的。另外，值得一提的是，赤道附近沒有臺風。
那么，臺風為何會出現在不同的方向呢？這是由于地球自轉造成的。
地球自轉影響臺風旋轉方向
地球自轉對臺風方向有何影響呢？這要從地球自轉產生的“科里奧利力”說起。
科里奧利力是描述旋轉系統中做直線運動的質點由于慣性而偏離旋轉系統直線運動的力。這一現象是由法國數學家、物理學家古斯塔夫·科里奧利發現的，因此這種慣性力被命名為科里奧利力。
古斯塔夫·科里奧利（圖片來自網絡）
因為地球本身就是一個巨大的旋轉系統，在這個旋轉系統中直線運動的物體，由于慣性，往往會沿著原來的運動方向繼續運動。如果我們以地球為參考系進行觀察，就會發現物體的運動軌跡會發生一定程度的偏差。從地球的角度來看，好像有一種額外的力導致了這種偏差。這種額外的力就是科里奧利力。
科里奧利效應（圖片來自網絡）
科里奧利力是一種假設的慣性力，實際上并不存在。它的引入只是為了保證牛頓運動定律在旋轉參考系（非慣性參考系）下仍能適用。同樣，我們通常說的離心力，也是一種假設的慣性力，實際上并不存在。
科里奧利力的大小
接下來我們主要講解北半球的科里奧利力，南半球的情況也類似。
舉一個形象的例子，假設在北半球，一個物體的初始速度方向是正北，由于物體從赤道附近開始運動，其向東的速度分量在向北運動的過程中，會逐漸大于地球自轉的速度，因此從地球的角度來看，經過一段時間后，由于科里奧利力的作用，物體的運動方向就會變成東北方向。
如果物體由北向南運動，越往南（無法越過赤道）地球自轉速度越快，物體向東的運動分量就跟不上地球自轉速度。以地球為參考系，在科里奧利力作用下，物體的運動方向將逐漸變為西南方向。如下圖所示：
圖片來自網絡
對于向東或向西的運動，情況可以概括為上述第二種情況。不管是正東還是正西，由于地球是圓的，慣性物體最終都會偏離子午線，并有一個向南的速度分量，所以與第二種情況類似。
科里奧利力的大小由以下公式確定：
其中m為運動物體的質量，v為速度，也就是地球自轉的速度。根據這個公式，有時候我們會計算出科里奧利力的方向指向天空，這種情況下它的作用就會被重力抵消，比如在赤道附近。
因此，科里奧利力對地球上各種自然現象的影響，主要是其沿地表方向的分量，即科里奧利力所引起的物理資源網，其大小為：
表示物體的緯度。由此我們可以粗略計算出普通人在行走時所受到的科里奧利力的大小。假設m=70kg，v=2m/s，地球自轉速度為每小時15度，則標準單位為：
因此，一般人在行走時感受到的最大科里奧利力約為0.0016N，這個力非常小，所以在日常生活的小尺度范圍內，其影響不容易感受到，但在大尺度范圍內，其累積影響就非常明顯了。
科里奧利力的影響
以臺風為例，在北半球，當風從副熱帶高壓帶吹向赤道低壓帶時，受科里奧利力的影響，風向會向右偏轉，在海洋大尺度上，最終會形成各種逆時針旋轉的熱帶氣旋，再加上其他各種因素的影響，一些熱帶氣旋會發展成為破壞力極強的臺風。
北半球臺風逆時針旋轉（圖片來自網絡）
因此在各類氣象云圖上，北半球的臺風無一例外都是逆時針旋轉，南半球的臺風則是順時針旋轉。從上面的公式我們還可以看出，在赤道附近旋轉牛頓第一定律是什么，由于緯度為零，科里奧利力的大小也為零，所以赤道附近不會形成熱帶氣旋，更不會形成臺風。
北半球熱帶氣旋示意圖（圖片來自網絡）
當然，科里奧利力只是臺風形成的必要條件之一，沒有這個力，地球上就不會有臺風，但即使有這個力，臺風也未必一定能形成，還必須有其他各種因素，比如合適的溫度、合適的地點等。
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