"הזורמים ברינה"

האם כיוון ירידת המים באסלה ובכיור מושפע מסיבוב כדור הארץ?

באַחד הפרקים של "משפחת סימְפסְּוֹן" בּארְט מטלפןֵּ לאדם אַקראי באוֹסטרַליהָ ומבקש ממנוּ לבדוק מהו כיוון סיבוב המים כאשר הם מִתנקזים באסלה. כיאֶה למעלליו של בארט סימפסון, הרעיון שלו לבדוק עיקָרון מדעי הסתכםֵּ בחשבון טלפון מנופּח ובאבא הומר כועס במיוחד. אבל האם יש ממש בדעה הרוֹוחת שכיוון ניקוּז המים בכיור (או באסלה) בחצי הכדור הדרומי יהיה לעולם הפוך מזה שבחצי הכדור הצפוני? ממה המחשבה הזאת נובעת?

קו ישר במערכת מסתובבת

כאשר גוף נע בקו ישר במערכת מסתובבת הוא נראֶה לצוֹפה מתוך המערכת כנע בקו עקום או כאילו יש כוח שדוחף את הגוף ומונע ממנוּ תנועה ישרה. אפשר להבין זאת אם נניח למשל שאנו עומדים על סחרחרת (קרוסלה) שמסתובבת בקצב קבוע נגד כיוון השעון. על רצפת הקרוסלה מצויר קו ישר ובו חץ שמכוון ממרכז הקרוסלה החוצה. אם ננסה ללכת לאורך הקו, נגלה שעלינו להאיץ שמאלה כדי להתאים את מהירותנו למהירות רצפת הקרוסלה. כלומר נרגיש שגופנו נמשך ימינה. את התופעה הזאת, שהִבחינו בה עוד במאה ה־ 19, הסביר המדען הצרפתי, גסַּפּאר גוּסטָב קוֹריוֹליס, והיא נקראת על שמו: "כוח קוריוליס" או "אֵפקֵט קוריוליס". כוח קוריוליס הוא כוח מדוּמֶה  (כמו כוח צנֶטריפוּגלָי) שבא לידי ביטוי בהשפעה על גופים במערכות מסתובבות.

דוגמה מצוינת לאפקט קוריוליס היא כדור הארץ. מכיוון שכדור הארץ מסתובב על צירו, אם גוף ינוע באוויר בקו ישר מאחד הקְטָבים לקו המַשווה, הוא יירָאה למי שעומד על כדור הארץ כאילו הוא נע בקו שאינו ישר. בהתאם לכיוון סיבובו של כדור הארץ, בחצי הכדור הצפוני סְטִיית הגופים הנעים ממסלולם היא ימינה, ובחצי הכדור הדרומי – שמאלה. כלומר מערכות מסתובבות ינועו בחצי הכדור הצפוני נגד כיוון השעון, ובחצי הכדור הדרומי הן ינועו עם כיוונו של השעון. מכאן נולדה גם הטענה שבכיור בחצי הכדור הצפוני המים ינועו נגד כיוון השעון, ובחצי הכדור הדרומי – עם כיוון השעון, אף על פי שמקור הטענה נכון, בפועל אין זה כך.

מה משפיע על כיוון הסיבוב?

כמו שתיארנו, לכוח קוריוליס יש השפעה על כיוון הסיבוב של מערכות בכדור הארץ, אולם מכיוון שהוא אינו הגורם היחיד המשפיע על תנועת המים בכיור, אלא משפיעים גם צורת הכיור, מקום פתח היציאה של המים, עומק הכיור, מהירות זרימת המים, מקום הברז, כיוון פתיחת הפקק ועוד. השפעתו של אפקט קוריוליס זנְיחה ברובם המַכריע של המקרים. הדבר אינו מונעֵ שרלטֵָנים באזורי קו המשווה מלהציג מצג שווא לתיירים כאילו תזוּזה של מטר אחד לכל אחד מצדִיו של קו המשווה תשנה את כיוון זרימת המים. לפעמים מעשה אחיזת העיניים נעשה במקום שקו המשווה אינו עובר בפועל. ואולם, אם נצליח לנטרֵל את השפעותיהם של כל הגורמים שהוזכרו כאן, נוכל לראות את השפעתו של האפקט גם בברֵכת מים, כמו בסרטון הראשון, שצולם בחצי הכדור הצפוני, ובסרטון השני, שנעשה בו ניסוי זהה, פרט לעובדה שהוא בוצע בחציוֹ הדרומי של כדור הארץ. אפקט קוריוליס בא לידי ביטוי בולט (בלי שנצטרך לבצע ניסויים מורכבים) כאשר מדובר בזרמי אוויר ובעוד תופעות אַטמוֹספרֵיות בקני מידה גדולים. התבוננות בסופות הוּריקָן למשל תראה בבירוּר את התנועה הסיבובית נגד כיוון השעון במערכות צפוניות, ותנועה עם כיוון השעון כאשר המערכות נמצאות בחציו הדרומי של כדור הארץ.

בזכות המטוטלת

עוד תוצאה חשובה ומעניינת של אפקט קוריוליס היא מטוטלת פוּקוֹ, בעזרתהּ הוכיח בשנת 1851 המדען הצרפתי ז'ָאן ברֶּנרַד לאֵוֹן פוּקוֹ כי כדור הארץ מסתובב על צירו. מטוטלת פוקו היא מטוטלת ארוכה בעלת מָסה גדולה ומרוּכּזת שתלויה על חבל דק וארוך מאוד (במקור מתִקרתהּ של קָתֶדרָלה גבוהה מאוד). מטוטלת פוקו, כמו כל המטוטלות, נעה מצד לצד. אך המטוטלת שומרת על כיוון קבוע במרחב, ואילו כדור הארץ מסתובב תחתיה, והתנועה יוצרת סטייה בכיוון הנראֶה של המטוטלת.

באמצעות כוח קוריוליס אפשר להוכיח כי כדור הארץ מסתובב סביב צירו: סיבוב כדור הארץ גורם למטוטלת לשנות כביכול כל הזמן את כיוון התנוּדוֹת שלה (ביחס לרצפה, שהיא חלק מכדור הארץ). שינוי הכיוון תלוי במקום הגאוגרפי שהמטוטלת מוצבת בו על פני כדור הארץ – בכל קו רוחב שהמטוטלת תמוקם, תהיה הסטייה שונה, פרט למקום מיוחד אחד שלא תהיה בו סטייה כלל – קו המשווה. בכמה מקומות בארץ אפשר לראות את מטוטלת פוקו – למשל בגן המדע שבמכון ויַצמן ובבניין הפיזיקה של אוּניברֶסיטת בן־גוריון בנגב.

אמנם בארט סימפסון לא דייק כשחשב שכיוון זרימת המים יהיה הפוך באוסטרליה, אבל ההשערה שלו הייתה אכן מבוססת על עיקרון מדעי. אפשר ללמוד מכך שלעִתים נראֶה כי עיקרון מדעי יקבּע התנהגות מסוימת, אולם עלינו להיות זהירים ולבחון בקְפִידה את השפּעותיהם של גורמים אחרים.

אהבת?
שתף עם חבריך