科氏力
[科氏力（英語：Coriolis Force）或科裏奧利力（英語：Coriolis Force）]，是對旋轉體系中進行運動的質點由於慣性相對於旋轉體系產生偏移的現象的表述。其最典型的一種表現為地轉偏向力。它屬於慣性力[1]。此現象由法國數學家、物理學家、氣象學家和工程師加斯帕爾-古斯塔夫·科裏奧利發現。
地轉偏向力
例如，如果把地球自轉看成逆時針運轉，那麼，北半球因為慣性受到順時針地轉偏向力，會使北半球的風向右偏轉，偏南風逐步轉為西至西南風，偏北風則漸轉東至東北風；南半球則相反，風會因為南半球運轉，受到逆時針的偏向力向左偏轉，偏北風漸轉為西至西北風，而偏南風則逐步轉為東至東南風；而在赤道上，因為介於南北半球兩者之間，地轉偏向力則失效。
此現象主導地球的高壓區和低壓區（如熱帶氣旋）的空氣流向，北半球高壓區以順時針方向旋轉、低壓區逆時針旋轉；南半球則是反方向，高壓區逆時針旋轉，低壓區則是順時針。因為其效應只有在較大的時空尺度上才比較明顯，對於馬桶或水槽漩渦旋轉方向之類的小尺度、短時間過程的影響很不明顯。
科氏力的原理
科氏力是以牛頓力學為基礎的。1835年，科裏奧利提出，為了描述旋轉體系的運動，需要在運動方程中引入一個假想的力，這就是科氏力。引入科氏力之後，人們可以像處理慣性參考系中的運動方程一樣簡單地處理旋轉體系中的運動方程，大大簡化了旋轉體系的處理方式。由於人類生活的地球本身就是一個巨大的旋轉體系，因而科氏力很快在流體運動領域取得了成功的應用。
科氏力的產生
當一個質點相對於一個旋轉參考系而言是靜止的，那麼，無論從這個旋轉參考系來看，還是從慣性參考系來看，都不存在[科氏力]；然而，當[質點]相對於旋轉參考系的運動[速度]方向與此旋轉參考系的角速度方向不平行，就會產生科氏力。這時，又分成幾種情況。
科氏力的種類
首先，當質點相對於旋轉參考系做慣性運動時，從旋轉參考系來看，不存在科氏力，但從慣性參考系來看，質點在做非慣性運動，必然是有外力的作用，此時，科氏力是真實存在的，施力者要麼是旋轉的物體，要麼是別的，總之，這個科氏力是一個有實質性起源的力。
其次，當質點相對於慣性參考系做慣性運動時，從慣性參考系來看，不存在科氏力，但從旋轉參考系來看，質點在做非慣性運動，此時，科氏力僅僅是質點相對於旋轉參考系的運動而產生的現象，這時的科氏力是虛擬的。
地轉偏向力與科氏力的關係
由於自轉的存在，地球並非一個慣性系，而是一個轉動參照系，因而地面上質點的運動會受到科氏力的影響。地球科學領域中的地轉偏向力就是科氏力在沿地球表面方向的一個分力。地轉偏向力有助於解釋一些地理現象，在北半球運動的物體（如氣流）有向右偏轉的趨勢，在南半球運動的物體則有向左偏轉的趨勢。因此，北半球的河流，流向的右側因侵蝕較強而多峭壁，左側則多平緩河岸。南半球反之。
日常生活中的科氏力
當你拔掉浴缸的拴子放掉洗澡水時，看著排水口的水流轉啊轉啊的……有多少人試過用手去強制逼水流漩渦往反方向旋轉…（有的請舉手）？但是常常漩渦方向改變後沒多久，它又改回原本的方向了。這時大部分的人甚至學校老師都會跟你説：「造成漩渦的這個現象的主因是科氏力，在南半球的話就會發現漩渦的方向和北半球相反噢！」。影片中的結果是在北半球時水會以順時鐘的方向流出，南半球會以逆時針的方向流出，在赤道時完全沒有漩渦產生的直直流出！這影片到底是真是假？真的有這麼神奇差個幾公尺就會有如此奇妙的現象？在破解這個現象之前，我們得先瞭解到底什麼是科氏力。
科氏力的影響
影片中的兩個人在旋轉平台靜止的時候都可以互相把球直直的傳到對面的人手中，但是當平台開始旋轉時，一樣是把球瞄準對面的人直直丟出，球卻會以一個拋物線的方式往旁偏，此現象就是科氏力所造成的問題。這一切都跟觀察者的相對角度有關。當我們站在一個絕對旁觀的立場來看的時候，可以看出被丟出的球或任何東西其實都是依它原來的路徑前進，這正是古典物理學中牛頓的第一定律所説的：動者恆動，靜者恆靜，在沒有外力的幹擾下物體會照原來的運動方式繼續運動，在被丟出去的球這個例子中，球應該繼續直線前進才對（先不管受地心引力影響往下掉的部份）。那為什麼我們會覺得直直拋出去的球正在以拋物線的方式往旁邊偏呢？那是因為我們沒站在旁觀者的立場，我們站在當事者的立場觀察而且這個觀察視角正是一個旋轉的觀察平台，我們覺得自己沒有在動，是球改變了方向，但是事實是球沒有在改變方向，只是我們自己在動。這就是科氏力的基本概念。這個現象在1835年被法國科學家Gaspard-Gustave Coriolis 第一次以數學和物理的公式來解釋[1]，因此後來就把此現象稱作Coriolis Effect（科氏力現象）。與科氏力有關的公式[2]比較複雜所以在這裡就先不多做説明瞭。我們的生活為什麼會跟科氏力有分不開的關係正是因為我們活在地球上，地球以一天一圈的速率不停地旋轉著，我們不會覺得自己頭昏眼花而且走路都能直直走，一則是因為我們已經習慣在這個第一人稱的觀察者視角裡生活，另一則是因為我們的活動都是在非常小的範圍內，不足以被科氏力影響。當你要傳球給一壘手時，先假設你的球很準技術很好而且當時並沒有颱風，為什麼球會直直的進到壘手的手套裡而沒因為地球旋轉造成暴傳？正是因為那個距離相對於地球的直徑以及旋轉速率實在太微不足道，造成的偏差效果遠遠在感官觀察的到的範圍之下。但是如果今天北韓政府決定向世界開戰並用超長程洲際飛彈射往美國白宮的話，假設他們缺乏會精確計算科氏力的工程師，只是拿著一張地圖以及指南針對準白宮的方向發射，這個飛彈的落點會偏的非常非常遠。關於地圖和方位請另外請參照 〈麥卡託投影〉另一個生活常見的例子就是颱風以及颶風，颱風其實就是一個低氣壓中心，空氣就和水一樣，都會從高壓處流往低壓處，但是此時空氣並不是以直線的方式流向低氣壓中心，而是受到科氏力的影響而產生了偏轉，在北半球的颱風或颶風會產生逆時鐘旋轉的氣旋，在南半球則會產生順時鐘旋轉的氣旋。有趣的是，在赤道附近科氏力非常微弱（在緯度南北五度以內的科氏力都非常微弱），即使有低氣壓也很難形成氣旋，沒有氣旋就無法產生颱風，所以這也是為何赤道附近幾乎沒有颱風或颶風的一個原因[3]。答案是否定的，因為科氏力與地球旋轉的速率有關，而這個力量其實是很微弱的因為地球的旋轉速率大約是每天一圈（每圈/86400秒），你的浴缸或是馬桶裡面的水可能一秒就轉好幾圈了，在旋轉的角速率上有了上千甚至上萬倍的差距，因此今天要是有人無聊到把同樣的馬桶從北半球搬到南半球，他會很失望的發現水流的結果是一樣的。所以到底是什麼在決定水流旋轉的方向？事實是有太多因素能影響了，最大的兩個因素就是浴缸或馬桶的結構，只要有任何的不對稱或些微的表面不平均就可以造成水流的方向改變。即使容器表面可以做到完完全全對稱毫無瑕疵，任何一點點在漏水之前的餘留水流或水波都能改變水流旋轉的方向（你不小心吹了一口氣也會影響水波）[4]。所以簡單來説日常生活能觀察的到的水流旋轉方向都不是因為南北半球差異所造成的啦，一開頭的影片最有可能的解釋就是這幾個水盆本來的設計就不太平均，今天如果把放在南北半球的兩個水盆交換位置擺放可能也不會改變水流的結果噢。\n在厄瓜多爾的基多，有個赤道界線，用同一組簡單的水槽搬到各南北半球的旋轉結果是不同的，所以。。。後段解釋應該有誤\n在厄瓜多爾的基多，有個赤道界線，用同一組簡單的水槽搬到各南北半球的旋轉結果是不同的，所以。。。’, “科氏力
科氏力，又稱科裏奧利力，是旋轉體系中，質點因慣性產生偏轉的現象。它造成了地轉偏向力，也是流體運動中的一個重要影響因素。
北半球的物體受地轉偏向力向右偏轉，南半球則向左偏轉。高壓區順時針旋轉，低壓區逆時針旋轉。這效應在較大的尺度上顯著，而日常生活中並不明顯。
科氏力原理
科氏力基於牛頓力學，由法國科學家科裏奧利於 1835 年提出。它引入了一個虛擬力，簡化了旋轉體系的運動方程求解。
質點相對於旋轉參考系的運動與角速度方向不同時，就會產生科氏力。如果質點做慣性運動，從慣性參考系看科氏力為真，施力者為旋轉的物體或外力。若質點相對於慣性參考系做慣性運動，則科氏力為虛擬的，僅由其相對於旋轉參考系的運動產生。
地轉偏向力與科氏力
地球自轉使其成為一個轉動參照系，地轉偏向力是科氏力在地球表面上的分力，影響著地面物體的運動。
科氏力並不明顯影響日常生活中物體的運動。如傳球不因地球旋轉而偏轉，因為距離相對於地球的直徑太小。但若發射遠程飛彈，忽略科氏力的計算會導致末端位置大幅偏差。
科氏力在颱風和颶風中產生渦旋，在北半球逆時針旋轉，在南半球順時針旋轉。赤道附近科氏力較弱，難以形成渦旋。
科氏力與浴缸或馬桶水流旋轉方向無關，主要受器皿結構和水流本身因素影響。
科氏力南北半球差異
科氏力是地球自轉所產生的慣性質力，對於處於地球表面上的物體而言，表現為一種偏向力，會使物體在運動時發生偏轉。科氏力在南北半球的表現存在顯著差異。
科氏力的影響
科氏力對運動物體的偏向方向取決於其運動方向和緯度。在北半球，運動物體會向右偏轉，而在南半球則向左偏轉。這種偏轉會影響各種運動物體的軌跡，例如：
- 風向：科氏力會導致大氣中的風偏轉，形成迴旋氣流和貿易風。
- 洋流：洋流會受到科氏力的影響，產生洋流漩渦和環流系統。
- 彈道：發射的砲彈或導彈會受到科氏力的作用，偏離預定軌道。
南北半球科氏力的差異
科氏力在南北半球的差異主要表現在以下方面：
| 特徵 | 北半球 | 南半球 |
|---|---|---|
| 偏轉方向 | 向右 | 向左 |
| 影響程度 | 緯度越高，偏轉越大 | 緯度越高，偏轉越大 |
| 符號 | -（負值） | +（正值） |
下表提供了一個緯度和科氏力影響之間的關係對比：
延伸閲讀…
真假！南北半球水流漩渦方向一定相反嗎？ – 科技大觀園
順時鐘逆時鐘？南北半球的馬桶水流真的不一樣？
| 緯度 | 北半球科氏力 | 南半球科氏力 |
|---|---|---|
| 0° | 0 | 0 |
| 30° | -145.8 | +145.8 |
| 60° | -291.6 | +291.6 |
| 90° | -460.8 | +460.8 |
應用
科氏力南北半球差異在許多領域都有實際應用，例如：
- 導航：瞭解科氏力的影響對於船舶和飛機的導航至關重要，以糾正軌跡偏離。
- 海洋學：科氏力會影響洋流運動，對於預測和理解海洋環流至關重要。
- 渦流器：利用科氏力效應，渦流器可以分離不同密度的液體或氣體。
結論
科氏力南北半球差異是地球自轉所產生的一種獨特效應，會影響各種運動物體的軌跡。瞭解這種差異對於許多科學和工程應用至關重要。