地转偏向力为什么和风力垂直?能说明理由么?

地转偏向力为什么和风力垂直?能说明理由么?
地转偏向力为什么和风力垂直?
能说明理由么?

地转偏向力为什么和风力垂直?能说明理由么?
地球上水平运动的物体,无论朝着哪个方向运动,都会发生偏向：在北半球向右偏,在南半球向左偏,这种现象称作地球自转偏向力.物体静止时,不受地转偏向力的作用,地转偏向力是地球自转运动影响的结果,当物体运动时,由于其本身的惯性作用,总是力图保持其原来的运动方向和运动速度,地转偏向力的方向同物体运动的方向相垂直,并且对物体的运动方向产生一定影响,使之向右或向左偏转.地球自转的线速度各地不同,在北半球,当气流自北向南运动时,即从自转速度较小的纬度吹向自转线速度较大的纬度,这时,气流会偏离始发时的经线,发生向右偏,即原来的北风逐渐转变为东北风；其他情形也是同样的道理.在赤道上作水平运动的物体不会发生偏向现象,因为赤道上的自转偏向力为零.
风在气压梯度力的作用下吹起来了.可是出人意料,风一旦起步行走,却并不朝着气压梯度力所指的方向从高压一边直接迈向低压一边,而是不断地偏转它的方向,在北半球向右偏转,在南半球则向左偏转.这是无数次观测早已证明了客观事实.
可见,一定还有一种什么力量从风的一侧拉着它转向.
经过人们深入实践和研究,这种力终于找到了.这就是地转偏向力.这个名称的本身就已告诉我们：促使风向发生偏转的力量原来是因为地球自转而引起的.在不停地旋转着的地球上,受地转偏向力作用的不仅是风,一切相对于地面运动着的物体都受到它的作用,不过因为地转偏向力和物体受到的其他力比较起来极为渺小,不为人们觉察罢了.尽管如此,在经历了漫长的岁月以后,地转偏向力还是在地球上某些地方留下了它的痕迹.人们发现,沿着水流的方向,在北半球,河流的右岸往往比左岸陡峭；在南半球,河流的左岸比右岸陡峭.这是地转偏向力存在的一个见证.这种水流对左右岸冲刷作用的差异是微不足道的,但河里的水日夜奔流,一千年,一万年,一亿年,就会显现出来的.
那末地球自转怎么会产生偏向力的呢?
要解答这个问题,先来做一个实验：
用纸板做一个圆盘,把圆盘的中心固定起来,使它能够转动,再准备一支铅笔、一把直尺就行了.把直尺放在圆盘上,随便取什么方向都行.然后让铅笔紧靠直尺的边沿在圆盘上前进.这时候笔尖在圆盘上留下痕迹AB当然是一条直线.这说明在不转动的圆盘上,运动着的笔尖完全遵循你手用力的方向前进,并没有什么偏向力来干扰.
但如把圆盘转动起来而使直尺仍保持原来的位置固定不动,偏向力就马上显示出它的作用来,你请助手以逆时针的方向来转动圆盘,你仍和刚才一样,让铅笔尖紧挨着直尺边沿前进,前进的方向,按上下左右各个方向都可试一试.当笔尖从直尺边沿的起跑点A跑至B处时,圆盘已转动了一个角度,圆盘上笔尖下的起跑点A转到A′的,结果笔尖在圆盘上留下的痕迹A′B便不是直线,而是一条不断向右偏转的曲线.如果你的助手按照顺时针方向来转动圆盘,那么笔尖在圆盘上留下的足迹是一条不断向左偏转的曲线.
这时候对直尺来说,笔尖的运动始终呈直线状态,因为它始终没有离开直尺的边沿呀!但是对转动着的圆盘来说,笔尖的运动明明是曲线运动.
地球一刻不停地自转,人们脚下踩着的大地就好象是一只转动着的大圆盘.从北极上空往下望,这只大圆盘以逆时针方向在运转；从南极上空往下望,这只大圆盘运转的方向则是顺时针的.走在这只大圆盘上的空气―风,之所以发生偏向,就是由于风与转动着的地面发生了相对运动.长年累月的水流,能在两岸显现出偏向力的作用,也正是因为它们与转动着的地面之间产生相对运动的结果.
这样看来,风偏离气压梯度力的方向,并不是真有一个什么力量在起作用.地转偏向力不过是人们为了便于对这种偏向现象进行研究而假想的一种力.这种假想的力与风向是垂直的,在北半球指向风向的右侧,而在南半球指向风向的左侧.由于它只说明空气和转动着的地面之间存在相对运动,而并不是作用于空气的实际的力,因此只能使风向偏转,而不能使风起动,也不能使已经起动的风改变速率.风的起动和快慢,都取决于气压.如果气压梯度力等于零,风无从产生,也就谈不上与地面之间的相对运动,地转偏向力也不复存在.而有了气压梯度力,也必然会相应地产生风,从而也产生地转偏向力,而且风愈大,产生的地转偏向力也愈大.
风在气压梯度力作用下被推向低气压一侧,当风一旦起步向前,地转偏向力立刻产生,并把风拉向右边（如左图）.风在气压梯度力的持续推动下加快速度,越吹越大,地转偏向力也跟着加大,使劲地拉着风向右偏转（如右下图）.由于地转偏向力的方向与风向时刻保持垂直,于是在拉转风向的同时,地转偏向力本身也不断向右偏转,也就是越来越转到气压梯度力的反方向去.当风向被拉转到和气压梯度力的方向成90度的角度时,虽然气压梯度力依旧存在,且和先前一样大小,但在风的方向上有效分力已等于零,因而风不再受力的作用速,而靠着惯性等速前进.这时候地转偏向力也正好转到了气压梯度力的背后,矛盾着的双方大小相等,方向相反.从先前的不平衡状态进行平衡状态,于是风向也不再偏转.由图显然看出,在平衡状态下,风向与等压线保持平行.
自从发现了这种平衡规律,给气象工作者带来许多方便.气压和风的关系变得这样密切：知道了气压的分布就可以推知风的分布；同样,知道了风的分布也可反过来推知气压的分布.为了便于记忆,人们把气压与风的关系概括成这样的定律：风速与气压梯度成正比；风向与等压线平行,在北半球,背风而立,高气压在右,低气压在左；南半球则相反.
举例来说,在气压分布中,北京附近等压线呈西南到东北走向,高气压在东南侧,低气压在西北侧,按前面总结的规律,就可以推测北京吹的是西南风,而上海附近等压线呈东西走向,高气压在北侧,低气压在南侧,按规律应该吹东风.再看,上海附近的等压线比北京附近稀疏,因此上海的风应比北京小.又如,北京吹北风而上海吹南风,按规律,两地附近的等压线分布,都应该是南北向的,但在北京附近的气压西侧高于东侧,而上海则相反.又由于上海的风力比北京为大,因此上海附近的气压梯度比北京大,等压线也比北京附近密集.
大气就象一个自动调节器一样,气压梯度力和地转偏向力间的平衡与不平衡可以自动调整.虽然很难达到绝对的平衡,实际风也很难和等压线保持绝对的平行,但风向始终在等压线两则偏离得不太远.因而理论上的风与实际上的风仍然非常近似,气压与风的关系一直被广大气象台站作为大气运动规律而被利用着.