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说“坐地日行八万里”，地球在不停自转，自转速度还挺快，地球表面线速度接近500米/秒。但是，地球对于人类的尺度还是太大，如果不是到一望无际的海洋，或者飞上万米高空，都很难感受到地球是圆的这个事实。因此，即便地球自转速度很快，但要感受到地球的自转，是需要点科学的思维的。  地球自转的最直观的感受，就是太阳每天的东升西落，在不同的纬度，太阳的升起和落下的时间是不一样的，前提是要认为太阳是恒星——是地球在动，而不是太阳在动（实际上太阳也在运动）。如果坐上太空飞船，到地球的轨道上去，如果绕地轨道不是同步轨道，就能看到地球的自转，因为飞船绕地转动和地球自转速度不同，每次朝下看的地面是在发生变化的。只是，目前全世界也没几个人这么看过地球的自转。 如何在地面上直接验证地球的自转呢？ 1851年，法国科学家傅科就完成了这个实验。他在法国的先贤祠立了一个巨大的摆锤，摆线的长度67米，摆锤的重量28公斤，这个摆就能验证地球的自转，后来被称之为“傅科摆”。感兴趣的，可以去中国科技馆、北京天文馆、国家授时中心的时间科学馆等，一进门都能看到这个巨大的傅科摆。为什么傅科摆可以验证地球的自转？ 我们知道，摆是一个周期性运动很好的系统，如果摆动角度足够小（例如5度以内），摆线受到的摩擦力几乎忽略不计，摆锤足够重也就惯性足够大，以致于空气阻力也可以忽略不计，那么这么又大又重的摆，其周期和摆动平面都是几乎不变的。傅科正是做到了这几点，他还在地面设置了一个巨大的圆形沙盘，人们围着沙盘看摆锤运动。人们发现，经过足够长的时间，摆锤运动的平面和沙盘的相对角度是在发生变化的！这说明，沙盘和摆锤平面之间存在相对运动，最直接的想法就是沙盘自己在转动，也就是地球在自转。因为经历24小时之后，摆锤平面又恰好回到原点角度！  地球在自转的证据，也可以从理论上来解释，那就是科里奥利力的存在。我们知道，对于一个惯性系中物体做匀速运动（速度方向和大小均不变），其轨迹是一条直线。但是如果放到一个旋转的体系里面，同样是匀速运动，其轨迹就是一条曲线。可以等效地认为物体受到旋转体系的力——科里奥利力来简单描述这个效果。用最简单的话来说，假如地球是没有自转的，那么从低纬度到高纬度的匀速运动，就是一条经线，但是因为地球自转的存在，实际上是一条被扭曲了的经线——像螺旋线一样。 科里奥利力的存在（本质上的地球自转，是一种等效力，并不是真实存在的力），可以自然地解释傅科摆的运动轨迹，如果把摆锤相对沙盘运动的轨迹画出来，就会发现其中奥妙。在地球科学上，科里奥利力的效应十分明显，比如河道的一边往往比另一边冲刷的更厉害，比如地球上的信风吹的方向在南北半球是不一样的，热带气旋（台风或飓风）旋转的方向在南北半球也是不一样的（北半球逆时针，南半球顺时针）。读者有心关注一下天气预报图片，就会发现这个秘密。至于马桶中水流方向的选择，基本上和科里奥利力无关，而是马桶本身的设计造成的。   |
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