洗面台の栓をぬくと左に回るの? ウソです!

coriolis right コリオリ。右回り_frame_1

coriolis right コリオリ。右回り gif

「コリオリの力」「台風」

さっちゃん
洗面台やおフロの栓をぬくと左に回るってよくいうよね!

ひげおじさん
じゃあやってみようか!

やってみよう! 実験1。洗面台 (13秒)

さっちゃん
右に回ってるじゃない!
(時計回り)

ひげおじさん
そうだね。ちなみに下に左に回っている動画をのせたよ!
もちろん同じ洗面台だよ! (12秒)
(反時計回り)

さっちゃん
どういうこと?

ひげおじさん
栓をぬいたときの方向とか、入れ物の形のえいきょうをうけて、回る方向がきまってしまうんだよ!

クマ
じっさいにやってみてね!
水をなんども流すのはもったいないからおフロの残り湯なんかでやるといいよ!
わかりやすいようにインクをたらしたけど、取れなくなるとこまるから、うちでやる時はとくに色をつけなくてもいいよ!

コリオリの力

地球は丸い玉で、回っているので、その上でものが動くと、北半球では右に、南半球では左に曲がろうとする力がはたらきます。

これを「コリオリの力」といいます。

ただし! これはそれこそ「地球サイズ」で何百キロという長いきょりを動いてはじめて影響がでる力です。

洗面台や、おフロのサイズでは影響は出ません。

厳密には、赤道から極に向かって、または極から赤道に向かうときに、この力が生じます。
これは、あとで説明する「角運動量保存の法則」のためです。
真東、真西に向かうときには、この力は生じません。

ちょっと考えてみて!

ふだんの生活で、じぶんの身のまわりのことを思い出してください。

野球や、テニスや、ゴルフなど。投げたボール、打った球はみんな右に曲りますか?
あなたは走ると右に曲がってしまいますか?
自転車や車はみんな右に曲がってしまいますか?

たかだか30センチくらいの洗面台で右に曲がるはずがないですよね(^^)

さっちゃん
ん? ちょっとまって!
「左」に「回る」んじゃなくて、「右」に「曲がる」の?

ひげおじさん
変に思うよね!
わしも変じゃと思っとった!

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台風や、低気圧が「左」に「回る」のはなぜ?  (北半球)

コリオリの力がないばあい (台風、低気圧)

typhoon

コリオリの力がはたらいたばあい (台風、低気圧)

typhoon_coriolis_paint

さっちゃん
はじめは「右」に「曲がる」けど、さいごはコリオリの力より台風のすいこむ力のほうが勝って、しかたなしに「左」に「回る」のね!

ひげおじさん
そう。だから最終的には全体として「左」に「回り」はじめるんだ!
テレビでよくみるこんなふうにね!

hurricane-74031_640

ひげおじさん
それから、よくみるこの雲の写真。
中心に向かって吸いこんでるようにみえるけど、ほんとは中心から外に吹き出してる上空の雲なんだよ!

さっちゃん
へえ~。そうなんだ!

クマ
低気圧も左に回るよ。
高気圧は外に風がふきだすので、すなおに「右」に「曲がるよ」!

コリオリの力がないばあい (高気圧)

high pressure 高気圧 paint

コリオリの力がはたらいたばあい (高気圧)

high pressure coriolis 高気圧。コリオリ paint

ひげおじさん
たまに校庭で見る「つむじ風」は台風や低気圧とくらべて、とても小さいので「右回り」「左回り」両方あるよ!
グライダーでつかう「サーマル」という「熱上昇風 (ねつじょうしょうふう) 」も「右回り」「左回り」両方あるよ!

さっちゃん
とんびがクルクル回ってるのもそうね!

北半球を前提に話をしてます。
南半球では、全部、逆になります。

クマ
赤道直下の国で観光客あいてに、赤道をまたいで北半球と南半球で水が逆に回るパフォーマンスを見せてお金を取る人がいるみたいだけど、おじさんがやったように栓をぬくとき方向をちょっと変えてるんだよ!

もっというと、緯度が低い (赤道に近い) ほうがさらに「コリオリの力」は小さくなります。
その理由はあとで説明します。
「コリオリの力」は、ガスパール=ギュスターヴ・コリオリさんの名前からつけられました。

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やってみよう! 実験2。ターンテーブル

用意するもの

  • ターンテーブル (レコードプレーヤー。ないかな~。なにか回るものさがしてみてね! 段ボールやベニヤ板のまん中に穴をあけて回せるようにするとか)
  • 黒い画用紙。はさみ
  • 小さいボール (スーパーボールみたいな粉がつきやすいものがいいよ)
  • 白い粉 (おじさんは片栗粉をつかいました。チョークとか、小麦粉、ベビーパウダーなんかもいいかもしれないね)

やりかた

  1. ターンテーブルの大きさにあわせて、黒い画用紙をまるく切ります。
  2. 紙のまん中に穴をあけてターンテーブルにのせます。
  3. スーパーボールに白い粉をまぶします。 (おいしそうだけど食べないでね(^^))
  4. ターンテーブルを手で左に回します。
  5. 粉をまぶしたスーパーボールを手前から向こうにころがします。
ターンテーブル1 ターンテーブル2 ターンテーブル3 ターンテーブル4 ターンテーブル5 ターンテーブル6 ターンテーブル7 ターンテーブル8 turntable8 paint

ひげおじさん
重要ポイント!
赤道から極に向かうときも、極から赤道に向かうときも、おなじように「右」に「曲がる」ということ!

black paper 黒い画用紙

黒い画用紙

superball スーパーボール

白い粉をまぶしたスーパーボール

 

turntable ターンテーブル

スーパーボールの軌跡。手前から向こうです。

ひげおじさん
じっさいに曲がるようすを写したよ! (7秒と8秒)
必見!

残念ながらターンテーブルは右回りなので手で回さなければなりません。
高級なものをお使いの方はご遠慮ください(^^)
粉も落ちます。
そうでなくても故障の原因になるかもしれないので心配な方はやらないほうがいいです。
曲がる方向が逆になるだけで、右回りでも実験はできます。
針が出てきてターンテーブルに落ちないよう針は上げておいてくださいね!

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解説

気象との関係

「偏西風」「北東貿易風」

日本でおなじみの「偏西風

台風、低気圧や高気圧で見てきたように、
赤道から北に上がってきた風が「右」に「曲げられる」ので「西風」になります。
地球の自転方向と同じになると「コリオリの力」の力は働かなくなるので、そのまま「西風」になりつづけます。

その理由は「角運動量保存の法則」です。

日本の緯度では、この「偏西風」が吹いていることが多く、天気は「西から東へ」変わることが多いです。

「夕焼けがきれいだとあしたは天気」

は「西側に雨雲がなければ雨はやってこない」ということです。

同じように北から南に下りてきた風は「右」に「曲げられる」ので「東風」になります。

これを「北東貿易風」といいます。
やはり地球の自転方向と同じになると、それ以上曲がることはなく、「東風」になりつづけます。

角運動量保存の法則 (ケプラーの第二法則)

ちょっと難しいので、詳しく知りたい方は、その方面のサイトを見てください(^^)

簡単に言うと、回っているものは、

「旋回半径が大きくなると、遅くなり」
「旋回半径が小さくなると、速くなる」

→だから、旋回半径が変わらなければ、角速度が一定。
→コリオリの力が働かない!

まだわかりにくいですね。

具体例としてよく挙げられるのが、スケーターのスピンです。

回転していて、手足を体に巻きつけるとギュイ~ンと速くなるあれです!
そして、手足を一気に広げると止まりますね。
ジャンプの回転のときも、できるだけ手足を体に巻きつけ、着地と同時に思い切り開いていますね。

回転椅子に座って同じことができるけど、転んでケガをしても私は責任を負えませんのでその点くれぐれもお願いします(^^)
どうしてもやりたい方は、ヘルメットにプロテクター着用の上、お願いします。

くれぐれもこのサイトを見てやったなんて言わないでくださいね(^^)

動画はこちら↓

これはベルリンの技術博物館のScience Center Spectrumにある遊具、いや実験道具です(^^)
最初に足で床を蹴っただけで動力はありません。

さっちゃん
おもしろそう! 私にもやらして~(^^)

地球や月、その他の惑星も太陽の周りを回っているので「角運動量保存の法則」が当てはまります。

地球や月は、だいたい正円を描いていますが多少は「楕円形」なんです。

月が地球に近づく (近地点) と、多少、動き (公転速度) が速くなります。
目で見てわかるもんではありません。
反対に、離れる (遠地点) と、多少、遅くなります。

地球も太陽に近づく (近日点) と速くなり、
太陽から離れる (遠日点) と遅くなります。

これによって、「一日の長さが毎日変わる! 」という現象が起きています!

均時差

日の出がいちばんおそいのは、冬至ではなくお正月!

2つの理由

  1. 角運動量保存の法則により地球の公転速度が変わる。
  2. 自転軸が傾いているため

地球が一回転 (自転)する間に、地球は公転によって少し前に進みます。
すると、南中 (太陽が一番高いところに来ること) から次の日の南中までは、もう少し、時間をもらって360°以上自転しなければなりません。
公転速度が変わるので、南中から南中までの時間も常に変わっていきます。

これにより、日没が一番早いのは「冬至」ではなく、12月の上旬なんです。
意外! でしょ。
「冬至」の頃は日没はすでに遅くなりはじめています。
夕方、暗くなるのが遅くなると日が延びてるように感じます。

反対に、日の出が一番遅いのは「冬至」ではなく、1月の頭です。
そのおかげで寝坊の人にも「初日の出」が拝みやすいですね。

年末年始はみんなお休みなのであまり感じないかもしれませんが、仕事初めの頃が、朝がいつまでも暗いんですよ!

同じことが、「夏至」にもいえます。

日の出が早いのは、「夏至」の前、半月もあるんだけど日本ではちょうど梅雨時なので、朝、明るい感がない。
日没が遅いのは、「夏至」のあと、半月もあるんだけど、やっばり梅雨まっさかりなので、夕方、明るい感がない。

クマ
この辺の話をもっと知りたいかたは「国立天文台」のページを見てね!

リンクはこちら↓

国立天文台

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