北半球の渦はなぜ左回りか。コリオリ力って何？。

質問

北半球で生じる渦は全て左巻き（時計の逆回り）ですが、南半球では全て右回りです。お風呂の栓を抜いた時に生じる小さい渦から、台風の大きい渦まで、北半球では左巻きであり、南半球では右巻きです。この力をコリオリ力と呼ぶようです。何故そうなるのでしょうか。それは、地球が自転しているからです。赤道上の物は1日に４万km（地球の周囲）即ち約0.5km/秒で東（地図で言えば右）に向かって動いています。北極又は南極上の物は、動いていません。液体又は気体（流体）同士がぶつかり、勢いの弱い方に向かって渦を巻きます。秒速1.4km（√2）で北極の流体は南東（右下45度）へ、赤道上の流体は北東（右上45度）の角度で移動しぶつかったとします。北極上の流体は秒速1.4kmですが、赤道上の流体は自転速度の秒速0.5kmが加わるので、ピタゴラスの定理より√（1+0.5）×（1+0.5）+1×1の秒速1.7ｋｍで動きます。秒速1.4kmの流体Ａと秒速1.7kmの流体Ｂがぶつかった時、当然ＢがＡを押し戻します。つまり、左回りに渦が生じます。逆に北極の液体が左下へ赤道の液体が左上に向かってぶつかった時、北極の液体Ａの速度は同じですが、赤道の液体Ｂは√（1-0.5）×（1-0.5）+1×1の秒速1.1kmになり、今度はＡがＢを押し戻します。やはり、左回りに渦は生じます。北極上と赤道上とは極端な例ですが、北極よりの流体と赤道よりの流体とでは、わずかに速度に違いが生じます。そのわずかな違いが、最初のわずかな左回りの動きを生じ、その渦の勢いがどんどん加速されて渦巻きとなるのです。同様の説明で、南半球では渦は右回りになります。特に、コリオリ力を持ち出さなくても良いのです。

回答No.4

vsl2000

＃３ですが、回転方向などを間違えておりますので訂正します。
　北半球でのコリオリの力は風などが進む方向に対して右向きにはたらくのですが、
左巻きと言う言葉につられてコリオリの力を左向きにはたらくものと勘違いして書いてしまいましたので、文を書き直します。

　北半球では地面の南側よりも北側の方が遅く回っており、その回りかたはどちらも同じ西から東への方向ですから、
地面の中心を止めて考えれば、地面は左回りにゆっくり回転していることになります。
　その回転している地面の中心から地面の端に向かって物体が直進したとすると、
その物体が地面の端に達するまでに地面が左回りに回りますから、
物体は初めに目指したところより少し右にずれたところに到着します。
　さて、これまで申し上げたことは、地面から、いや地球から離れた第三者的なところから見たときのことなのです。
　地球上にいる私達は地球が回っていること、それによって地面が左回りに回っていることなど全く感じられません。
　その回っているなとは思えない地面の上で見ていると、本来直進するはずの物体（具体的には風や海流など）が、
なぜだか少しずつ右向きにずれていってしまうのです。
　これは進んでゆく物体に何らかの右向きの力がはたらいたと考えないと説明がつきません。
　その何らかの力として考えられたのがすなわちコリオリの力なのです。

　なお、北半球ではコリオリの力は進行方向にたいして右向きにはたらくのに、
どうして台風などの渦は左巻きになるのかについてはこちらをご覧ください。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4797956.html

補足

読んでいただき感激しています。また貴重なご意見ありがとうございます。しかし、コリオリ力なるものは現実には作用しません。理由は以下の通りです。北半球では、左回りの渦が生じます。一般には、コリオリ力が働くからと説明されています。円盤が左回りに回転している時、中心から外に向かいビー玉を転がすと、円盤を上から見ている観測者Ａには、ビー玉は直進に見えるが、円盤と共に回る円周上の観測者Ｂには、ビー玉は左にそれて行くと見える。コリオリ力が働き、左にそれたと説明されています。では、円盤の円周上から中心に向かって、ビー玉を転がした場合はどうでしょうか。Ａには直進に見えますが、Ｂにはやはり左にそれて行くと見えます。その動きで左回りの渦が出来るでしょうか。北緯45度に、半径1,000ｍの円形流体Ｃを想定してみます。中心に穴があり、流体は中心に向かって流れ込みます。最も赤道よりの円周上にある物質をＤとします。逆に最も北極点よりに位置する物質をＥとします。コリオリ力理論では、ＢにはＥは左にそれて中心に流れ込むと見えます。一見左回りの渦になりそうですが、Ｄも左にそれて中心に流れ込むと見える為、左回りの渦とはなりません。コリオリ力理論では、ビー玉は円盤と共に回転しておらず、静止と想定されています。つまり流体Ｃは自転と共に回転しておらず、静止していると想定しています。しかし、地球上の流体は自転と共に回転しています。また、流体Ｃが静止しているのなら、ＤもＥも真直ぐに中心に流れ込みます。自転の力は全く流体Ｃには影響を与えないので、左巻きの渦は生じません。どの様に考えるべきでしょうか。流体Ｃは、自転と共に回転しています。地球の地軸を中心とする円周上を、250ｍ/秒の速度で左回り（地図で右方向）に移動しています。Ｄが中心に流れ込み半径1,000ｍから500ｍの位置に移動すると、半径が354ｍ縮んだ円周上を回ることになります。速度は慣性により変わらず、その位置にある物質よりも速く回転する為、ＤはＢから見て右に動きます。逆にＥが500ｍの位置に来た時、元回っていた円周より半径354ｍ大きい円周上を回ることとなり、その位置にある物質よりも遅く回転する為、Ｅは左に動きます。北極点よりの流体は左にずれながら、赤道よりの物質は右にずれながら中心に向かいます。従ってＣ全体として左回りの渦になります。これはコリオリ力の様な見かけの力ではありません。現実に作用する力です。最初のわずかな左回りの動きが、どんどん加速して行きます。なぜなら、渦を巻いて中心に流れ込んだ方が速く流れ込むからです。南半球では逆の事が言え、右回りとなります。特に、コリオリ力？を持ち出さなくても良いのです。

回答No.3

vsl2000

＃２です。
　ご指示のサイトを拝見しました。
　正直なところ、とても読み通す気にはなれませんが。こういうくだりがあります。

＞Ａは慣性により円周IIの位置に来た時でも6,200ｍ/日の速さで左に回ります。
　地球は丸いので北半球では北のほうほど回る速さは遅くなることはおっしゃるとおりで、話はそこから始まります。

　北半球では地面の南側よりも北側の方が遅く回っており、その回りかたはどちらも同じ東から西への方向ですから、
地面の中心を止めて考えれば、地面は右回りにゆっくり回転していることになります。
　その回転している地面の中心から地面の端に向かって物体が直進したとすると、
その物体が地面の端に達するまでに地面が右回りに回りますから、
物体は初めに目指したところより少し左にずれたところに到着します。
　さて、これまで申し上げたことは、地面から、いや地球から離れた第三者的なところから見たときのことなのです。
　地球上にいる私達は地球が回っていること、それによって地面が右回りに回っていることなど全く感じられません。
　その回っているなとは思えない地面の上で見ていると、本来直進するはずの物体（具体的には風や海流など）が、
なぜだか少しずつ左向きにずれていってしまうのです。
　これは進んでゆく物体に何らかの左向きの力がはたらいたと考えないと説明がつきません。
　その何らかの力として考えられたのがすなわちコリオリの力なのです。
　つまり、質問者さんがおっしゃっていることは、コリオリの力を、独自の解釈で、極めて回りくどく言い換えたにすぎないのです。

補足

貴重なご意見をお寄せ下さりありがとうございます。しかし、質問者さんは、コリオリ力を信じておられますが、コリオリ力は現実世界には作用しない観念上の力なのです。質問者さんは、コリオリ力で北半球では風や海流が左向きにずれて行くので、左回りの渦になるとおっしゃりたいようです。確かに北極点よりの風や海流が渦の中心に引き寄せられる場合、左にずれて中心に向かう為、一見左回りの渦が出来そうです。しかし、赤道側よりの風や海流も左にずれて中心に流れ込みます。その力は打ち消しあって、決して左回りの渦にはなりません。そもそもコリオリ力においては、風や海流が自転と共に回転せず、静止していると仮定するから左にずれるのです。現実の風や海流は自転と共に回転していますし、仮に静止していると考えると、自転の作用を全く受けない訳ですから、風や海流は真直ぐに中心に流れ込むはずです。北極点よりの風や海流は左にずれて、赤道よりの風や海流は右にずれて、中心に流れ込まなければ、左回りの渦は生じません。なぜそうなるのか。それは慣性の力の為です。赤道よりの風や海流は中心よりも大きな円周上を回っている為、中心にあるものよりも速い速度で回転しています。従って、中心に引き寄せられた時、そのままの速度で回転しますので、右にずれます。逆に北極点よりの風や海流は、中心よりも小さい円周上を回っている為に、中心にあるものよりも遅い速度で回転しています。中心にに引き寄せられた時、そのままの速度で回転する為左にずれます。北極よりの風や海流は左へ、赤道よりの風や海流は右へずれて中心に流れ込みます。その結果、左回りの渦が生じます。コリオリ力は以下の通り説明されます。円盤が左回りに回転している時、中心から外に向かいビー玉を転がすと、円盤を上から見ている観測者Ａには、ビー玉は直進に見えるが、円盤と共に回る円周上の観測者Ｂには、ビー玉は左にそれて行くと見える。それがコリオリ力であると。しかし、ビー球はＡから見た通り直進しているのであり、Ｂから見ると左に曲がるように見えますが、それは見えるだけで、力学上ビー玉には左に曲がる力は作用していません。vsl2000さんへの補足内容もご参照ください。

回答No.2

vsl2000

あなたは風呂の栓を抜くとどちら向きの渦が出来るかやってみもせず、
世間一般に言われていることを鵜呑みにしていますね。
　＃１のお答えの通り、風呂の排水の渦は、北半球南半球を問わず、右回り左回り両方が生じますよ。
　このことをあなたの理論ではどう説明しますか？

補足

大きい渦でしか、該当しないのかも知れません。小さい渦では、自転により生ずる力がごく小さく、偶然に加わる力の方が、大きいのかも知れません。掲載した理論は全面的に直しましたので、以下を参照下さい。　http://qanda.rakuten.ne.jp/qa5637198.html

回答No.1

dogday

で、南半球でお風呂の栓を抜いてみたことありますか？
必ず右巻きにはなりません。私はやってみました。
ネットで実証動画も公開されていますよ。

あなたの複雑な計算式の結果、少なくても、あなたが結論するお風呂の渦から、地球は廻っていませんし、コリオリもありません。
そして南極点でも風は吹きます。
論より証拠。

補足

小さい渦では、言えないのかも知れません。新しい考え方も掲載しましたので、ぜひご意見をお寄せ下さい。　http://qanda.rakuten.ne.jp/qa5637198.html