哲学者、科学者、天文学者は、太古の昔から人生の最も差し迫った問題に取り組んできました。彼らは、地球が確かに丸いこと、太陽の周りを公転していること、そして地球の地軸を中心に約 24 時間ごとに 1 回転することを私たちに確信させました。しかし、トイレの水洗や野球ボールの移動において回転が果たす役割については、彼らの意見が一致していないようだ。
実際、大衆文化は以前にも水洗トイレのパズルを取り入れていました。 「シンプソンズ」の古典的なエピソードでは、リサは懐疑的なバートを説得しますが、北半球の排水は常に左側 (反時計回り) に空であり、南半球の排水は右側 (時計回り) に空です。
この厄介な質問の前提は、コリオリ効果として知られる現象です。基本的に、コリオリ効果とは、地球の東向きの回転が、特定の移動する物体の進行方向の見方に影響を与える方法を指します。地球の周囲が約 24,900 マイル (40,076 キロメートル) である赤道では、陸地は時速 1,000 マイル (時速 1,609 キロメートル) 以上で移動します。極に近づくにつれて、陸地はよりゆっくりと動きます。たとえば、北緯 60 度では、陸地はその約半分の速度で移動します [出典: Plait ]。
北半球では、これは、赤道から極に向かって移動する物体が、その原点のより大きな運動量を維持するため、右に曲がって見えることを意味します。復路では、物体は再び右に曲がります。今回は、初期の運動量がそれほど多くなかったためです。南半球では、効果は逆になります。物体は左に曲がります。
バート・シンプソンは、オーストラリアへの900ドルのコレクトコールにもかかわらず、コリオリの難題の真相には到達できなかったが、この記事では、コリオリ効果とスピンとは何かについて説明する。
コリオリの詳細: コリオリとは何か、そしてそうでないもの
コリオリ効果の説明には、複雑な方程式や紛らわしい科学専門用語に依存するものもありますが、それを視覚化するより簡単な方法があります。反時計回りに回転するメリーゴーランド (北極を象徴する) の中心にいる自分を想像してください。反対側（赤道）にいる人にボールを真っ直ぐ投げると、その人の方があなたよりも速く動いているので、ボールは右に曲がって見えるでしょう。
コリオリ効果はコリオリ力と呼ばれることもあります。理由は簡単です。物体を加速させると、その物体の方向が変わるように見えるからです。ただし、コリオリ力は押す力や引く力のような一般的な力ではありません。この効果は実際には観察者の視点に基づいています。実際に物体に力が作用して、物体をコースから外しているわけではありません。その下で地球が動いているため、湾曲しているように見えるだけです。回転する基準枠の外側に立っている人にとって、物体は依然として直線的に移動します。いわゆるコリオリ力は実際に物体に作用してその軌道を変えるわけではないため、引き続きコリオリ効果と呼ぶほうが正確であると主張する人もいます。コリオリ力を慣性力または架空の力として分類することによって、コリオリ力と他の (実際の) 力を区別する人もいます。
コリオリ効果が何であるかをよりよく理解できたので、コリオリ効果が何ではないのかも理解する必要があります。最も重要なことは、地球上のあらゆる移動物体に影響を与える全能の力ではないということです。重力のような実際の力は、コリオリ効果と競合したり、あるいは圧倒したりする可能性があります。この競合は、非常に高速または非常に遠くまで移動しない小さな物体で発生する可能性が高くなります。
メリーゴーランドの例をもう一度考えてみましょう。地球とは異なり、そのメリーゴーランドは1分間に数回完全に回転します。一方、私たちの地球は 24 時間に 1 回自転するだけで、キャッチボールや水洗トイレに影響を与えるほどではありません。竜巻でさえ、コリオリの「力」の影響を受けるには小さすぎます。その理由については、次のページで詳しく説明します。
コリオリ効果: 神話と誤解
コリオリ効果によって一部の物体の方向が変わって見えるのであれば、なぜ竜巻やトイレの水に影響を与えないのでしょうか?
地球の東向きの自転によって便器の中の水も同様に回転するという前提は理にかなっていますが、実際には、水が容器に出入りする力と速度は、影響を受けるにはあまりにも大きすぎます。 1 日のうちに 1 回 360 度回転するのと同じくらい小さなことです。結局のところ、トイレの水洗や野球の試合においてコリオリ効果が果たす役割は、ステレオのCDの革命よりも大したものではありません。トイレやシンクから水が出る方向を実際に決定するのは、ボウルの形状と、最初に液体がそのボウルに入る角度です。
コリオリ効果は、状況が適切であれば、竜巻の回転方向に小さな役割を果たす可能性があります。ただし、多くの場合、その方向は、最初にツイスターを生成した嵐システムによって決定されます。これらの嵐システム、またはスーパーセルは、乾燥した極地の空気が熱帯の湿った空気と衝突し、暖かい空気が急速に上昇するときに上昇気流を生成することによって生じます。空気が上向きに流れると、風速が増加し、竜巻特有の回転が引き起こされます。
同様に、ニューヨーク・ヤンキース、ロサンゼルス・ドジャース、その他のエリート野球チームも、その業績を科学的現象に頼ることはできません。一塁が赤道上にあり、三塁が北極にある場合は、状況は異なるかもしれません。しかし、ピッチャーマウンドとバッターボックスの間の距離が短い場合、コリオリ効果はそれほど大きな牽引力を得ることはありません。最も威圧的なクローザーであっても、地球の自転の影響による速球の配置には、強風の場合と比べて大きな違いは見られないでしょう。
ご存知のとおり、コリオリ効果は、通常のシンクの排水方法に影響を与えるほど強力ではありません。重力やシンクの形状の不規則性などは、地球の自転の影響を圧倒する可能性があります。しかし、おそらく過度に好奇心旺盛な科学者が発見したように、すべての無関係な要因が排除されれば、コリオリ効果は実際に排水の方向を決定することができます。しかし、これが実際に行われている様子を観察することはほとんどありません。科学者たちは水を 3 週間以上静置し、その後シンクから一度に 1 滴ずつ水を排出する必要がありました。これにより、外部の影響 (電流など) が弱まり、コリオリ効果がその作用を発揮する機会が与えられました [出典: Plait ]。
コリオリ効果の作用
コリオリ効果はトイレの水洗やナックルボールの方向を決定しませんが、気象パターンに大きな影響を与えます。 「ウェザー チャンネル」を見たことがある人なら、風向きを示すために気象学者の地図の周りを渦巻いている矢印に気づいたことがあるでしょう。これらの矢印が指す方向は主にコリオリ効果によって決まります。
地球が自転していなければ、緯度ごとの温度と気圧の違いにより、風は北または南に吹くことになります。しかし、地球は回転しているので、コリオリ力によって風は北半球では右に、南半球では左にそらされます。
北半球では、この偏向により、高気圧の周りの風の流れは時計回りに進み、低気圧の周りの流れは反時計回りに進みます。低気圧を、周囲の空気をすべてその方向にまっすぐ吸い込み、すべて 1 つの点に集中する多くの風のベクトルを生成する真空として想像してください。コリオリ効果により、これらのベクトルはそれぞれ右にねじれ、反時計回りの流れが生じます。高圧システムでは、空気が外側に押し出され、地球の東向きの自転により時計回りの流れが生じます。南半球ではその逆が起こります。低気圧の周りの風は時計回りに回り、高気圧の周りの風は反時計回りに回ります。
低気圧の周りの渦巻き運動は、実際にはハリケーンの背後にある原動力です。空気は非常に強い力で吸い込まれ、破壊的な嵐が発生する可能性のある程度に回転します。暖かい海水がこのシステムに燃料を供給し、一定期間にわたって成長するチャンスがあれば、時速 62 マイル (時速 100 キロメートル) を超える強力な風が、進路にあるものすべてを破壊するほど強力な嵐を形成する可能性があります。私たちの小さな惑星の自転から生まれたばかりです。
コリオリ効果によって生じる風の曲率も、表面海流の生成に役立ちます。風は水面を引きずり、 「循環」と呼ばれる渦巻き流を生み出します。ご想像のとおり、北半球の循環は時計回りに回転し、南半球の循環は反時計回りに回転します。
コリオリ効果と闘わなければならないのは気象学者や船員だけではありません。航空機は短期間に長距離を移動するため、パイロットは飛行経路を計画する際にその影響も考慮する必要があります。たとえば、マイアミ（地球の自転がより顕著である）からニューヨークに向かう飛行機は、パイロットが地球の自転の影響を無視した場合、大西洋に到達してしまうでしょう。
コリオリ効果を実際に観察する
忍耐力があれば、フーコーの振り子として知られる装置を使用して、物体の動きに対するコリオリ効果の証拠を見ることができます。これらの振り子は世界中のいくつかの場所で見つけることができ、この種の振り子としては最高のものと考えられています。フランスの科学者レオン・フーコーにちなんで名付けられたこれらの巨大な実験装置は、地球が地軸を中心にどのように回転するかを示すために設計されました。世界中の大学やプラネタリウムで見ることができます。
フーコーの振り子はボール ベアリングで固定されており、非常に大きな振り子の質量と非常に長いひもを備えているため、ゆっくりと振れ、空気抵抗の影響に耐えることができます。振り子にはその動きに影響を与える外部の力がないため、振り子に作用するのはその下の地球の回転だけです。振子が振れると、コリオリ効果によって振り子が横に向きを変え、振れ面がゆっくりと変化します。約 24 時間の苦痛な待機の後、それが 1 回転したことがわかります。
あまり時間がない場合でも、コリオリ効果の動作を観察することができます。コリオリ効果は野球ボールにはほとんど影響しませんが、ミサイルや弾丸などの非常に高速な長距離発射体の軌道に影響を与える可能性があります。第一次世界大戦中、ドイツ人はビッグバータと呼ばれる非常に重い榴弾砲でパリに砲弾を撃ち込み、地球の動きを補わなければなりませんでした。コリオリ効果を考慮していなかった場合、70 マイル (112.6 km) 離れたところから発射された砲弾は 1 マイル (1.6 km) 近く外れていたでしょう [出典: ]。
したがって、コリオリの力は空想上のものだと言う人もいるかもしれませんが、その影響は非常に現実的である可能性があります。そのことを証明するために、皆さんにお願いですが、3週間はトイレを流さないようにしてください。
