如何在流体中制造漩涡？

如何在流体中制造漩涡？

把洗手池中的水放掉时，水在漏水口的上边会形成一个漩涡，这是为什么？从上面看下去，这个漩涡是顺时针还是逆时针转（在我国）？相信不少人对此会象我这样回答：科里奥利力，在北半球这个漩涡是顺时针，南半球是逆时针。

的确，这个说法很常见，和我们的日常经验也比较吻合，想起来也挺有道理，我也曾经看过一篇文章，准确的记不清了，大致是有人做了实验，在一个封闭的房间内，在形状规则的水池里蓄上水，待水完全静止后，将池底的开关打开排水，验证了形成的漩涡旋向与科里奥利力一致（好象是南北半球都做了）。

不过我这样回答之后，虽然有一位高手赞同，却也有两位高手反对，说：不管在地球的任何地方，水都可能左旋和右旋，因为旋涡形成的主要原因不是地转偏向力。这种漩涡的形成的主要原因是流体流动中的内生不稳定性，科氏力只是提供了一个定向的初始扰动，使得在大多数情况下漩涡的方向总是顺时针或逆时针的。

看来有必要对这个问题重新考察一番，我已经记不清那篇文章是哪里看的了，也检索不到专业文献，只好四处胡乱翻找一通，发现这个问题真的很有意思。

首先解释一下科里奥利力，它是在转动的非惯性参考系下，运动的物体受到的一种惯性力，科氏力的公式为：F=2mv*ω，式中v*ω为矢量积，v为物体相对转动系的速度，ω为转动系的角速度。

在实际中，地球就是一个转动的非惯性系，当地球上的物体运动时，如果运动速度与地球自转轴不平行，就会受到科里奥利力。举例来说，从高处自由落下的物体，会由于科氏力的作用发生向东的偏移，计算可知，物体从赤道上空高100米处下落，到达地面时将偏东2.2厘米。

看得出来，通常情况下科里奥利力是一个比较微弱的力，只有物体相对地球的运动速度比较大、时间比较长时，科氏力作用的效果才比较显著。而水池排水的过程中，一般水流速度并不大、时间也不长，受到的科氏力是很小的，况且水形成漩涡，也的确主要由于流体流动中的内在不稳定性，科氏力提供的只是一个定向的微扰，在上面那种尽量排除了其他外界扰动（如风吹、搅动等）的严格的实验条件控制下——光是待水完全静止就花了近二十个小时——科氏力才有可能对漩涡旋向的形成产生决定性影响。而我们的水池，显然不具备这么理想的条件，排水的漩涡应该可能是顺时针，也可能是逆时针。对位于北半球的我们，如果看到排水漩涡是顺时针，虽然表观上符合科氏力作用的结果，但并不能心满意足地以此解释；如果排水漩涡是逆时针，那就更说不过去，需要
好好琢磨琢磨了。

不过我的水池平时排水总是顺时针的，从无例外，我观察了一下，原来水龙头位于排水孔右上方，而池底的坡度使得水流下来自然就会沿着顺时针运动——漩涡的初始旋向已经被这么决定了。还有抽水马桶，如果也始终顺时针排水，那么准是水冲下来时就产生了初始旋向。

可以通过改变表面性质的方法，比如一段亲水一段疏水的周期性变化管道