تصور کنید شیر آب را باز کردهاید و میبینید آب با چرخشی تند به سمت سوراخ سینک سرازیر میشود. آیا این چرخش در استرالیا برعکس ایران است؟ این باور قدیمی که «آب در نیمکره شمالی یکطرفه و در نیمکره جنوبی برعکس میچرخد» حتی به سریال سیمپسونها هم راه یافته، اما واقعیت فیزیکی ماجرا بسیار ظریفتر از یک صحنه طنز تلویزیونی است.
اثر کوریولیس چیست و چطور عمل میکند؟
زمین را مانند یک صفحه گردان عظیم در نظر بگیرید که هر ۲۴ ساعت یک دور کامل میزند. نقطهای روی خط استوا در همین یک شبانهروز باید محیطی حدود ۴۰ هزار کیلومتر را طی کند، در حالی که نقطهای نزدیک قطب شمال مسافتی بسیار کوتاهتر میپیماید. همین تفاوت سرعت چرخش در عرضهای جغرافیایی مختلف، سرنوشت هر چیزی را که در مسافت طولانی از شمال به جنوب یا برعکس حرکت کند، تغییر میدهد.
وقتی تودهای از هوا یا آب مسافت زیادی را طی میکند، سرعت اولیه ناشی از چرخش زمین در مبدأ را با خود حفظ میکند. چون سطح زمین در مقصد با سرعت متفاوتی میچرخد، مسیر آن توده نسبت به ناظر روی زمین کمی منحرف به نظر میرسد. به این انحراف ظاهری، اثر کوریولیس میگویند. قاعده کلی آن ساده است: در نیمکره شمالی انحراف به سمت راست مسیر حرکت و در نیمکره جنوبی به سمت چپ است.
چرا کوریولیس در سینک خانه دیده نمیشود؟
اثر کوریولیس در مقیاسهای بزرگ یک بازیگر اصلی است. سامانههای هواشناسی، طوفانهای حارهای و جریانهای اقیانوسی صدها تا هزاران کیلومتر را طی میکنند و ساعتها یا روزها در حرکتاند؛ بنابراین انحراف کوچکِ هر لحظه، بهمرور جمع شده و مسیر نهایی را بهوضوح تغییر میدهد.
اما ماجرای سینک کاملا متفاوت است. آب سینک تنها چند ده سانتیمتر جابهجا میشود و ظرف چند ثانیه ناپدید میشود. در این مقیاس کوچک، نیروی کوریولیس آنقدر ضعیف است که بهراحتی زیر سایه عوامل دیگر گم میشود.
به گفته سوزان هورن، استاد دینامیک سیالات عددی و ریاضی در دانشگاه کاونتری بریتانیا که با لایوساینس گفتوگو کرده، برای قضاوت درباره اثر کوریولیس همیشه باید دو چیز را سنجید: مقیاس زمانی و مقیاس فاصله. هر دو در سینک خانگی بسیار کوچکاند.
در عمل، این عوامل محلی هستند که جهت گرداب را تعیین میکنند:
- چرخش اولیهای که آب هنگام ورود به سینک دارد
- حرکت دست، بدن یا کشیدن درپوش تخلیه
- شکل نامتقارن سینک، لبهها و محل دقیق سوراخ خروجی
- در توالتها، طراحی عمدی کانال و جت آب که گرداب را در جهتی از پیش تعیینشده میچرخاند
به همین دلیل یک سینک واحد میتواند در یک آزمایش ساعتگرد و در آزمایش بعدی پادساعتگرد تخلیه شود. نتیجه بیشتر به «چطور آب را ریختهاید» بستگی دارد تا به اینکه در کدام نیمکره ایستادهاید.
عدد راسبی؛ خطکش سنجش اهمیت چرخش زمین
دانشمندان برای اینکه حدس نزنند و دقیق قضاوت کنند، از مفهومی به نام عدد راسبی (Rossby Number) استفاده میکنند. این عدد نسبت نیروی اینرسی جریان به نیروی ناشی از چرخش زمین را نشان میدهد. اگر عدد راسبی کوچک باشد، یعنی چرخش زمین در برابر حرکت جریان قدرتمند است و اثر کوریولیس اهمیت پیدا میکند. اگر این عدد بزرگ باشد، جریان آنقدر سریع یا کوتاهبرد است که کوریولیس فرصتی برای اثرگذاری ندارد.
تخلیه آب در سینک، وان و توالت معمولی با عدد راسبی بزرگ در دسته دوم قرار میگیرد؛ یعنی کوریولیس عملا نادیدهگرفتنی است.
اما آزمایشهای دقیق چه میگویند؟
آیا این به معنای انکار کامل اثر کوریولیس در مقیاس کوچک است؟ خیر. پژوهشگران نشان دادهاند که اگر تقریبا تمام عوامل مزاحم را حذف کنید، رد پای چرخش زمین آشکار میشود.
در سال ۱۹۶۲ پژوهشگری در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) آزمایشی تاریخی انجام داد که نتایج آن در مجله نیچر منتشر شد. او از مخزنی بزرگ استفاده کرد، اجازه داد هرگونه تلاطم باقیمانده در آب کاملا آرام گیرد و سپس آب را بسیار آهسته تخلیه کرد. نتیجه شگفتانگیز بود: گرداب خلاف جهت عقربههای ساعت شکل گرفت؛ دقیقا همان جهتی که اثر کوریولیس برای نیمکره شمالی پیشبینی میکند.
سه سال بعد، در سال ۱۹۶۵، گروهی در دانشگاه سیدنی همین آزمایش را با دقتی مشابه در نیمکره جنوبی تکرار کردند. این بار گرداب در جهت عقربههای ساعت چرخید؛ باز هم مطابق پیشبینی نظریه برای نیمکره جنوبی.
پیام این دو آزمایش روشن است: اثر کوریولیس واقعی است و میتواند حتی جهت یک گرداب کوچک را تعیین کند، اما فقط زمانی که شرایط آزمایشگاهی بسیار کنترلشده باشد و عوامل قویتر حذف شده باشند. در آشپزخانه یا حمام خانه، چنین شرایطی هرگز برقرار نیست.
پس تکلیف باور عامیانه چه میشود؟
هورن پیشنهاد میکند برای هر پدیدهای یک سؤال ساده بپرسیم: «آیا این حرکت بهاندازه کافی آهسته و در مقیاسی بهاندازه کافی بزرگ رخ میدهد که چرخش زمین فرصت اثرگذاری داشته باشد؟» برای طوفانها و جریانهای اقیانوسی پاسخ مثبت است؛ برای آب در حال تخلیه از سینک، معمولا خیر.
بنابراین دفعه بعد که شنیدید «جهت چرخش آب سینک در دو نیمکره برعکس است»، بدانید که این گزاره بهصورت مطلق نادرست است. اثر کوریولیس انکارناپذیر است، اما در دنیای سینکهای خانگی، این شکل ظرف، محل خروجی و حتی نحوه برداشتن درپوش است که فرمان را در دست دارد، نه چرخش زمین.
دیدگاهها (0)
هنوز دیدگاهی ثبت نشده است.