每秒464米，地球旋转超音速！为什么海水没有被全部甩到赤道？
老粥科普2021-02-01 16:23
地球自转超了音速！
毛泽东在他《七律二首·送瘟神》一诗中写下“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”。诗人提及的“一千河”是虚指，形容浩瀚宇宙中有许许多多像银河系这样的星河；而“八万里”则是实数，指的是地球自转一天中赤道行进的里程。
坐地日行八万里，地球转得很快地球赤道的周长大约是40076公里，地球每24小时自转一周，你在赤道坐着不动也随之“行进”了80152里路，每小时前进1670公里，也就是说你每秒钟要“走”464米！
声音在海平面的速度是340米/秒，地球自转在赤道的线速度远远超过了音速，实际上在北纬40°线以南（北京市以南）的我国大部分地区，地球自转的线速度都超过了音速。
地球不同纬度的线速度玩过转雨伞吗？
下雨的时候，孩子们经常喜欢把雨伞转着玩儿，水滴会顺着伞边缘向四周飞散开来，很是有趣。当然你在玩的时候需要小心，别把周围人的衣服打湿。
转雨伞，把水甩出去当我们转动伞柄，雨伞会快速旋转起来，伞面上的水也随之旋转，当伞提供的向心力不足以留住水滴时，水会在重力和离心加速度的双重作用下迅速向边缘移动，并且沿切线方朝向四周飞洒出去。
牛顿的水桶实验
链球运动员通过快速的旋转使球产生切线方向的速度，这个速度会形成一个向外的惯性力（许多人习惯称“离心力”），运动员拉拽球的力被称为向心力，当运动员松开手，失去向心力的链球就会向外飞到很远。
利用旋转的惯性力投掷链球如果把链球换成半桶水会怎么样？只要你挥动胳膊的速度足够快，即便水桶在头顶上方完全倒扣过来，水也绝不会洒出一滴。
旋转水桶俗话说“水往低处流”，受重力影响，水会从势能高的地方自然流向执能低的地方。一桶水放在地上不动它，因为受到的重力势能相等，水面会是平的。艾萨克·牛顿做过一个实验，他让一个装了水的桶旋转起来，发现水会向桶壁靠近，从而使水面产生一个抛物面的形状，这个时候水的等势面就变成了一个抛物面；假如旋转的速度再快些，水可能会洒出来。
牛顿水桶实验其实离心运动的应用今天早已经深入到每个家庭，洗衣机就是利用高速旋转所产生的离心加速度来给衣服脱水。
那么问题来了：地球有71%的面积被海水覆盖，海洋几乎贯穿南北极，地球的自转速度有这么快，为什么海洋里的水没有因为强大的离心运动而全部汇聚到赤道呢？
海水为什么不被甩到赤道？是什么力把海洋留在了原地？
自从海洋在地球上形成时起，它就一直跟随着地球转动。海水是流动的，随着地球的自转，海水自然也会受到离心加速度的影响朝势能更低的地方运动。
如果地球是一个标准的圆球体，在地球表面任何一点的重力方向都指向地心，同时地面的支持力也会指向与重力完全相反的方向。随着地球的自转，圆周运动的旋转加速度会产生一个与纬度面平行的惯性力f，因此海水会被这个力带到赤道附近。
水在旋转圆球体表面会朝赤道移动但是地球并非完全规则的圆球，它实际上是一个“两极稍扁、赤道略鼓的”椭球体。这意味着只要海水不在赤道或两极，它受到的支持力与重力并不重叠，而是呈现一个倾向两极的夹角，这个夹角会产生一个合力，将海水向两极方向拉。
椭球体表面重力与支持力会形成合力由于重力G与支持力N的合力与旋转造成的惯性力f相抵消，所以海水总体上处于势能平衡的状态，它既不会流向北极，也不会因为离心运动而全部涌向赤道。
地球是一个旋转的椭球体正确理解角速度与线速度的关系
当听说“坐地日行八万里”、“呆在家里超音速”时，你是不是觉得很惊讶？确实，我们跟随着地球一起转动，根本就没感觉到它转得这么快。实际上如果你跳出地球，站在太阳系的角度来看它，就会发现其实地球转得并不快，它一个小时才转15°，一天才转一圈。
地球表面大部分地区自转线速度很快，南北纬40°以内的地区甚至超过音速，这主要是因为地球很大，它的平均半径达到6371公里，即便24小时转一圈，它表面的速度也会很快。
但要是一桶水24小时才转一圈，水面会发生什么变化？几乎不变，对吧！
地球的洋流地球上的海洋并不静止，受不同区域海水温度变化以及科里奥利力的影响，海洋中形成多股循环运动的洋流，但海洋总体上处于相对平衡的状态，这是地球形状与自转惯性力达成平衡的结果。
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