马桶排水时的漩涡到底是怎么来的？

相信大家都曾注意过，家里的马桶或洗脸池在排水时总会形成漩涡。很多地方将其解释为地转偏向力的结果：地球表面运动的物体会受到地转偏向力的作用，力的方向在北半球向右，在南半球向左，于是在南北半球分别成了顺时针和逆时针的漩涡。在电影《金蝉脱壳》中，史泰龙饰演的经验丰富的越狱专家正是根据排水口漩涡的转动方向来判断监狱的地理位置，最终逃出生天的。但事实真的是这样的吗？

首先，让我们了解一下什么是地转偏向力。严格地说，地转偏向力并不是一种“力”，而是一种惯性力。根据牛顿第一定律，运动的物体在不受外力时会保持原有的运动方向不变。假设地球停止了自转，我们站在完全静止的地球上观察，物体会严格地沿直线运动；而一旦脚下的地球转动起来，物体运动的轨迹相对地球而言就不再是一条直线了，会向左或向右偏斜，就像受到外力的推动一样。实际上，物体仍然是沿直线运动，只不过是我们所处的参考系发生了转动，所以才会觉得物体的运动方向发生了偏转。

如果读者觉得上面一大段很难理解的话，不妨来看下面的示意图（笔者亲绘，笔法很渣，理解就行……）：图中的圆是一个顺时针转动的转盘，A站和B分别站在转盘的两端，假设他们俩都感受不到转盘的转动（我们站在地球上，也感受不到地球的自转），A想把手里的小球扔给B，便把小球冲着B的方向狠狠地扔去，哪知小球并没有沿着直线运动，而是拐了个弯，落到了B的左边，就像是一只无形的手，把小球拨向了左边。在A看来，小球一定是受到了向左的力的作用，而拿我们的上帝视角来看，哪有什么力呀，罪魁祸首正是参考系的转动。

从南半球看，地球是顺时针旋转的，和上面的示意图一样，所以在南半球，运动物体看起来会像左偏，我们便称南半球的运动物体收到方向向左的地转偏向力，而从北半球看，地球逆时针旋转，地转偏向力的方向和南半球正好相反，是向右的。

看到这里，恐怕有人要问了，排水口的水不就是运动物体吗？它受到向左或向右的力，自然就会转起来呀，这样看来，排水口的漩涡恐怕真还是地转偏向力引起的。

要回答这个问题，还需要考虑地转偏向力的大小。地转偏向力大小的计算公式是：F=2mvωsinφ，m、v是物体的质量、速度，ω是地球自转的角速度，φ是物体所处的纬度。我们不妨用这个公式估算一下排水口的水受到地转偏向力的大小，假设水流运动的速度为10m/s，在地转偏向力最大的两极地区（非极点，极点角速度为0），水质点因地转偏向力而产生的加速度仅为0.001454m/s2，可以说地转偏向力对排水口水流方向的影响微乎其微，根本难以产生可以观察到的效果。实际上，排水口的漩涡更大程度上是随机扰动和排水口构造所影响的，跟地转偏向力没有太大关系。

难道说地转偏向力对我们的生活毫无影响吗？非也。虽然在小的空间尺度上，地转偏向力微乎其微，难以崭露头角，但是在大的时空尺度上，地转偏向力可以展现出不容忽视的力量：气旋形成、导弹发射、铁轨磨损等大尺度的问题，都要考虑地转偏向力的作用。

总而言之，地转偏向力的量级很小，并不是排水口漩涡形成的主要原因。