赤道直下では渦巻きは本当にできないか。

質問

よろしくお願いします。

この「地理学」のカテゴリにおける　すぐ下の質問では、
回答者の方から
「本当に赤道直下」ではバケツの穴から流れ出す水の渦巻きはできない。
との回答がありました。参考ＵＲＬもそれなりに信用がおけそうです。

しかし、このサイトでは、過去に同様な質問があり、例えば
http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=99400
では、コリオリの力よりも他の要素が圧倒的に大きいとされています。
（ちなみに私も現時点ではこの考えですが）

低気圧とか、海流とか、偏西風などならいざ知らず、
バケツの水や風呂桶の水などの事例で、
「真の赤道直下で渦ができず、
　少し（１０ｍ程度）北では反時計回り、少し南では時計回り」
というのは、センスとして否定しませんが、
ちょっと出来過ぎのような気がします。

皆様のお考えや情報などありましたらお寄せ下さい。

回答No.4

Singollo · ベストアンサー

参照URLの記事を読んだ後ちょっと実験してみたのですが、その記事の中で書かれているような結果には残念ながらなりませんでした
まず、浴槽と2種類の洗面台で5回ずつ、可能な限り水を平静にしてから栓を抜いたところ、例外無く反時計回りの渦になりました
次に洗面台の1つで5回ずつ時計回り、反時計回りそれぞれの流れを作ってから栓を抜いてみたところ、最初が反時計回りの場合は例外無く最終的な渦も反時計回りとなりましたが、最初が時計回りだと最終的な渦の向きは時計回りが3回、反時計回りが2回でした(なお、水の流れや渦の向きはイソジンを滴下して確認しました)
今度は、予め溜める水の量に変化をつけ、かつ、予め作る時計回りの流れの速さがなるべく同じになるように(具体的には同じ位置に滴下したイソジンの流紋の末端の周期が等しくなるように)して実験してみたところ、水の量が多いほど最終的な渦の向きが反時計回りに逆転しやすい、という結果が出ました

『コリオリの力は(少なくとも日本付近では)渦を作るのに十分な大きさだが、洗面台に溜めた水程度の質量に加わわっている力は、人間が覆せないほどの大きさではない』、ということになるかと思います
赤道付近では、コリオリの力は、『渦を作らないように働く』のではなく、『どちら向きの渦をつくるように働くにしてもきわめて小さい』ということのはずですから、『運がよければ渦が出来ずに落ちるが、何かの弾みでどちら向きの渦に転んでもおかしくない』、といったところになるのではないでしょうか

なお参照ページの、フーコーの振り子の周期が2日弱だからコリオリの力の大きさが不十分だとする議論は、ちょっとおかしいと思います
フーコーの振り子の周期から敷衍して言えるのは、もし水と容器との間に働く力を無視できれば、容器の中で溜まった水が、フーコーの振り子と同じ周期で回転するだろう、ということであって、栓を抜いたときに排出口に集中する渦の周期が2日弱になるわけではないでしょう

お礼

Singollo様。ご回答をいただき大変ありがとうございます。
私の質問に、きちんと実験までして下さり、大変に感謝また恐縮しております。

実験の結果は、参考ＵＲＬのpuni2さんのレポートとは少し異なる結果となった
ようですね。私には、お二人とも、大変誠実な文章を書かれていて、
故意による誤った報告などとは思えません。

大変失礼ですが、もし万一、Singolloさんの実験の方に弱点があるとすれば、
「お一人で実験したため実験環境が限られた」ということでしょうか。
洗面台のシンクや浴槽の形状、あるいは排水口の形状などで
反時計回りの渦ができやすかったということはないのでしょうか。
（私は別にpuni2さんが正しいといっているわけではありません。念のため。）

もし、それらに問題がないとすれば、Singolloさんが実験結果から出した
結論は、全く妥当なことだと思います。

また、最後にある「コリオリ力の弱さの説明の評価」ですが、
確かに少し論点がずれているような気もしますね。

フーコーの振り子が運動するとき、そのおもりは毎回の運動でつねに
ごくわずか（北半球の場合）右にずれながら運動するように我々からは
観測されますが、同じように、「排水口に向かう水」もごくわずか
右にそれるのでしょう。
問題はその「それの程度」が渦を巻くのに充分な大きさかという
議論になりますね。

回答No.14

nozomi500

忘れていたことで、ひとつ。
「コリオリの力」は「自転」だけでありません。
太陽の周りをまわる「公転」でも働いているはずです。

大きさとしては自転の1/365で、問題にならないような印象を受けるのですが、「赤
道」ということになれば、また別です。

地軸が傾いているので、赤道上であっても「回転半径」にたいして角度が存在しま
す。（赤道おじさんやフェリーの実演が年に何回の日時指定で行われているわけでは
あるまい）
「公転」ではたらく、赤道上の「コリオリの力」を計算すれば、

※北極点での「コリオリの力」を「1」とした場合（sin90°）、

地軸が23°傾いているうち、まあ、中間の「10°」で計算して、
sin10°×1/365＝「約5/10000」（2000分の1 ）たしかに、ずいぶん小さいですが

自転だけで「赤道から10ｍ北」では、（sin「ほとんどゼロ」＝ 10ｍ/6400ｋｍ）で
「64万分の1」になりますので、
「赤道の１０ｍの行き来」にくらべれば、「地軸の傾き」による公転のコリオリの力
のほうがずっと大きい。

もし、本当に「１０ｍの差で渦の向きが変わる」ぐらいコリオリの力が大きいなら
ば、「赤道上でも確実に同じ向きに渦ができる」、という矛盾する結果がでることに
なるんじゃないでしょうか？

回答No.13

nozomi500

たびたびおじゃまします。
「赤道おじさん」の持っている容器は、
渦ができるまえに流れ出てしまうぐらいの大きさなんじゃないですか？
ペットボトルでは渦が出来ない、という回答もありますし。
自転車でも数秒ならこけない。

お礼

nozomi500様。たびたびご回答いただき、ほんとうにすみません。
お礼が大変遅れて申し訳ありませんでした。

比較的小さな容器で、穴が大きければ渦はできませんよね。おそらく。
ただ、その容器で、今度は北へ１０ｍ行って渦を作ろうとすると、
容器の中の水が動いているのがミエミエで、
バレてしまうのでは、とも思ってしまいます。

やはり実際に赤道に行って
件の「赤道おじさんの怪しげな実験」を
見てみたいものですね。

補足

nozomi500様。この補足欄をお借りします。
よろしくお願いします。

私の質問に回答を寄せていただいた全ての皆さまに感謝いたします。
特にnozomi500様には何度も回答をいただき、また議論をしていただき
深く感謝いたします。

gooからメールもいただき、私なりにほぼ見当がついてきたので、
この質問を締め切りたいと思います。

全ての皆さまにポイントを差し上げたいのですがそうもいかないようですので、
私の「結論」の内容に関係なく、
NO.4のSingolloさんにポイントを差し上げたいと思います。
私の質問に対してわざわざ実験をして下さり、
大変感動しました。また、その結論も、実験結果を素直に考察したもので
その科学的で事実に忠実な態度にいろいろ教えられました。

圧倒的な情報量のpuni2さん、何度も議論していただいたnozomi500さんなど
その他の方々にもポイントを差し上げたいのですが、
Singolloさん以外の方はちょっと甲乙つけがたいので、あえて
ポイントをつけません。大変申し訳ありませんがご理解いただけますよう。

回答No.12

nozomi500

>たとえば黒潮が右回りでも自然なのではないでしょうか。

まったくその通りだと思います。

「コリオリの力」が、右回転する洗面台の水を左回転するまで強いもの、あるいは10ｍ離れただけで逆回転の渦をつくるほど「大きなもの」であれば、左まわりになっても当然ではないか、という考えです。

ボウリングの件も、だんだん回転が強くなるのは前提ですが、全部流れ出るまでに何秒かかるか、そのなかで「強くなっていく」のがどれだけのものか、ということです。

プールの水など、だいぶ時間がかかると思いますが、
逆に、それだけ時間がかかれば、赤道上でも渦はできると思います。
完全にどちらむきの渦もできない条件、というのは、止まっている自転車が倒れないほど微妙なバランスがないといけないだろうから。

お礼

nozomi500様。５度目の回答ほうとうにありがとうございます。

＞完全にどちらむきの渦もできない条件、というのは、止まっている自転車が倒れないほど微妙なバランスがないといけないだろうから。

そーなんですよね。水道から？水を入れてしばらく待ったくらいで、
「赤道おじさん」が渦を作らせないのが、逆に不思議なんです。
超絶テクの持ち主なんでしょうか？

回答No.11

nozomi500

ところで、北太平洋の「黒潮」は「右回り」ですね。
南半球の「フンボルト海流」は「左回り」。

もし、北半球の洗面台の水が、コリオリの力によって「さいしょ右回りだったのが左回りになる」ほど大きなものだとしたら、「左回転」の「親潮」のほうが強くなって、北太平洋の海流も「左回り」になると思うんだけどなあ。

補足

nozomi500様。再度（４度目）の回答大変ありがとうございます。
何回も私の質問に答えて頂き、大変恐縮しております。

で、海流の渦の方向の件なのですが、

昔、大学でホンの少し海流について勉強したときに
その成因から、「傾斜流」とか「密度流」とか「吹送流？」とかあった
ような気がします。

風に吹かれて押されて流れる「吹送流（でしたっけ？）」の場合、
赤道付近の海面付近は東風の貿易風が、
中緯度では西風の偏西風が卓越しているので、
たとえば黒潮が右回りでも自然なのではないでしょうか。

その他の原因の海流でも、
北半球では何でも「左回り」になる必要はないのではないでしょうか？

水槽の渦は中心に向かって流れる「低気圧性」の渦ですが、
大気においても、高気圧が北半球では右回りであるように、海流でも
「高気圧性」の密度流や傾斜流があった場合、
右回りになってもまったく問題ないと思います。
いかがでしょうか。

回答No.10

nozomi500

わかりにくい文章で申し訳ありませんでした。

仮に北極点で「ボウリング」をするとしましょう。
1日に1回転だから、1時間に15°。1分間に0.25°。
ボウリングのレーンを転がり終わるのに5秒もかからないだろうから、0.02°ほど。コリオリの力で曲がるのはこれだけですよね。ボールを1°も曲げずに転がす方が難しいとおもうな。

（北緯30度であれば、自転の影響は1/2だから、日本では0.0１°ぐらい？）

「赤道から１０ｍのところ」の桶の水って、何秒で流れ出るんでしょうか？

お礼

nozomi500様。再びの回答大変ありがとうございます。
確かにコリオリの力は大変小さくて、人間の普通の生活のオーダーでは
ほとんど分かりませんよね。

ただ、前のほうにも書きましたが、
水槽がかなり大きなものである場合、中心の穴から離れた外側の水が
わずかでも左右にずれた運動をするなら、
角運動量保存の法則によって（見かけの力であるコリオリ力にも使えるのか！？）
中心の穴のところでは目に見える渦を作っても良いのでは、
とも思っています。

鉛筆に糸でとりつけた５円玉を回転させて巻き付けていくと、
半径が短くなるにしたがって、えらい勢いで巻き付いていくように。

回答No.9

nozomi500

地球を地軸の方から眺めます。

「北極点」で実験するとしましょう。
自転は、24時間で一周。

北緯３０度の地点では、sin30°で、地軸からみた「渦」は1/2の幅になります。
（回転の影響も１/２になると思いますが）

半径６４００ｋｍの地球で、１０ｍの弧で扇形つくって、目に見える影響があるとすれば、それを基準にすれば、北極点で立ってられませんね。何倍の力になるんだ・・・。（「洗濯機の脱水槽」ですまないんじゃ・・・？）

補足

nozomi500様。再度のご回答大変ありがとうございました。

いつもユニークな切り口のご回答で、感心しております。
一瞬、理解できなかったのですが、何回か読み直しました。

「コリオリ力の影響がすごく弱いと思われる赤道から１０ｍくらいの場所で、
　はっきりとした効果が出るとするなら、その何万倍？も影響が強いと思われる
　極で動く物体はどないするんねん。まっすぐ動けずによろけてしまうやん。」

てな感じでよろしいでしょうか。

回答No.8

puni2

こんにちは。No.4の回答・お礼でおかしいと言われた張本人です。
補足の機会ができてちょっとほっとしています。（あの回答を書いてしまったあとで気付いたのですが，すでに締め切られてしまっていたので…）
また，前の質問（赤道直下では渦巻きは左右どっちへ回る？）があっというまに締め切られてしまい，赤道直下では渦巻はできない！ということで全員一致してしまっており，おいおい…と思っていたので，このような補足質問を立ち上げてくださったこと自体に感謝しています。

まず，補足のほうから。
>参照ページの、フーコーの振り子の周期が2日弱だからコリオリの力の大きさが不十分だとする議論は、ちょっとおかしいと思います
（中略）
>栓を抜いたときに排出口に集中する渦の周期が2日弱になるわけではないでしょう
私が言いたかったのは，
「コリオリの力は回転の角速度に比例するが，その角速度はたいへん小さい（約7.3×10^-5 rad/s）」
ということでして，べつに排出口の渦の周期がフーコー振り子と同じになるなどと書いたつもりはなかったのですが，誤解を招きやすい書き方だったようですね。
きちんとコリオリの力の式（2mvωsinφ）を示さなかったことも，誤解を招いた一因かと思います。

それ以外の部分については，今も基本的に同じ考え方です。
つまり，日本でさえ，コリオリの力による渦とは逆回りの渦が簡単にできるのだから，赤道でだって，ちょっとした原因で渦は出来るはずだと思います。

また，赤道から10m離れただけで，逆回りの渦が明確にできたり，船が赤道を通過すると渦が一旦止まってから逆に回り出すぐらい，コリオリの力の影響が大きいのなら，日本でバケツに穴を開けて水を流したら，あっというまに洗濯機の脱水状態のような渦になってしまいそうです（きちんと計算していませんが）。
テレビで放映していたそうですが，No.7さんのおっしゃっている通り，乗客向けのショーか，そうでなければ，テレビ局の「やらせ」かもしれません。
NHKでは，「クイズ日本人の質問」の中で「赤道直下の町で観光客向けに行なっているあやしげな見せ物とは？」みたいな質問で，ケニアの実験が取り上げられていました。
そのときは，北半球で時計回り，南半球で反時計回りと，コリオリの力による影響とは完全に逆になっていて，早稲田大学の大槻教授に「これこそインチキの証拠」と言われていましたが，前の質問で紹介されていたページなどを見ると，「コリオリの力」と一致する回転方向になっています。
誰かに指摘されて，実験担当者が直したのかもしれません。

さて，誤解を招いたことの罪滅ぼしをかねて，いくつか，ネット上で得られる情報を補足しておきます。

まず，コリオリの力の影響を定量的に見積もった記事として，「理科教育メーリングリスト」のアーカイブから2つ紹介しておきます。（参考URL）
また，やや専門的な計算になりますが，「風呂の渦はどちら回り？」というQ&Aもあります。
http://www-ccce.kek.jp/People/morita/phys-faq/3-4J.html#item18
（参考URL欄に入りきりません。コピー＆ペーストして下さい）
この記事の中に，参考文献としてTrefethen, L.M. et al, Nature 207 1084-5 (1965)が上がっています。
まだこの現物は読んだことがないのですが，マーティン・ガードナー氏が『自然界における左と右』の中で紹介しているところによると，
「水を円形の桶に入れ、18時間以上静かにおいた後で、中心の栓を抜いたところ、渦が時計回りになった」
という実験だそうです（時計回りなのはシドニーだから）。
ガードナー氏の記事によると，これに先立つ1962年に，マサチューセッツ工科大のシャピロ氏が，直径2m弱の丸い桶に水を入れ，数日間も静かにしておいて栓を抜くと，いつでも反時計回りの渦ができたそうです。
しかし，ジェネラル・ダイナミック社のメルウィン・ジバルキン氏が直径30cmの桶で行なったところ，うまくいかなかったそうです。
ガードナー氏は，「桶が小さいと、他のいろいろのことが介入してくる」として，次のように述べています。
>一番大きいのは、風呂桶に水を入れた時の流れが残っていることだ。水の「記憶力」は、驚くほど長いのである。水が完全に静止していると見えるようになっても、流れはずっと後まで、何時間も消えない。
「記憶力」という言い方はたいへんうまいと思いました。
なお，『自然界における左と右』はこちら
http://web.kyoto-inet.or.jp/people/mathaki/note/coriolis.html
に紹介されています。

では，この前の質問で体験記が紹介されていた「ケニアの実験」は一体どうなっているのか，ということですが……
実はこれはトリックでして，ここのページ
http://www.asahi-net.or.jp/~nm3k-tgc/africa/13/
に手口が明かされています。
私もできれば実際に現地に行って見てみたいです。
（かなり長くなってきたので，このへんにしましょう。）

参考URL：

http://rika.org/archive/rika/200112/msg00070.html,http://rika.org/archive/rika/200112/msg00098.html

お礼

puni2様。どうもお世話になります。お礼が遅れて大変すみません。

今回の質問では、多くの皆様からいろいろな情報・考察が寄せられて、
仕事のある身としてはなかなか消化できずにいます。

ポイントの一つは、定量化でしょうね。
センスのみとしては「赤道の町の実験」は正しいわけで、
それが洗面器程度の水できちんとできるかという点で、
コリオリ力の強さのオーダー議論と、
正確な実験・検証が必要ですね。
それに関する情報を多数お寄せいただきまして
ありがとうございました。

「赤道の町の実験のトリック」のＵＲＬは見ました。
まあこんなものかなあ、とも思いますが、
１点、演示者が、できるだけ静かに水を入れ、少々の時間を稼ぎ、
水の運動が静まるのを待って栓を抜けば、そんな程度で
ほぼ毎回水が渦を巻かずに落ちて行くとすれば、
それはそれでとてもすごいことだと思いませんか。

中緯度でも訓練すれば、渦を巻かずに水を排水させられるのでしょうか。
puni2さんの前のレポートでは、北半球でも時計回りの渦が多かったんですよね。
とすれば、「家庭程度の渦」では、コリオリ力はほとんど関係なしということで、
やっぱり訓練次第で渦を作らせないこともできそうですね。

回答して下さった皆様へ。
もう少しだけ、この質問を開けさせていただきます。
何かありましたらよろしくお願いします。

回答No.7

nozomi500

私も「コリオリの力の影響は、小さな渦を作るほど大きくない」と思います。

「止まった自転車は左に倒れる。なぜなら、人間の心臓が左にあって、肺の空間が大きい右側より重いから。人が乗っていない場合は、差がないから、どっちにも倒れない。」
というようなものだと思います。

論より証拠。北半球でも、「右まきの渦」はできますからね。
フェリーの「実験」は、乗客を楽しませるための「ショー」でしょう。

お礼

nozomi500様。ご回答いただきありがとうございます。
お礼が遅れまして大変失礼いたしました。

北半球でも場合により（作為が無くとも）右巻き渦はできると
考える人が多いので、やはりコリオリ力はさほど大きくないと
考える方が良さそうですね。
（Singolloさんの実験結果とは少し食い違いますが）

フェリーの実験の件ですが、大きな水槽の水が
中心あたりで例えばわずか（人がそれと分からない程度）に右回り、
外周部でわずかに左回りとなっていたときに、
角運動量の保存により、渦の回転のまさに中心部では、
回転が速まって渦の運動が強調されますよね。
そのため、テレビのような結果になったとは考えられないでしょうか。

水は、本当に静かにしていないと、
特に外側で水が回転していると、
中心部では（まるで竜巻のように）回転が強調されると思うのです。

回答No.6

noname#25358

>転向力（コリオリの力）が非常に重要かと思いますがいかがでしょうか。
　はい、そうです(^_^;
　言葉のあやとして使ったつもりでしたが、混乱させてしまったようで申し訳ないです。

>中緯度でも、普通は（作為がなければ）容器の水は渦をつくらずに
　状況によりけりなんでしょうが、普通はあんまり出来ないみたいですね。

お礼

deagle様。２度も親切なご回答を頂き、大変恐縮しております。
deagleさんのお考えでは、中緯度でも非常に静かな水なら
コリオリの力は渦を作るほど大きくないということですね。
私たちは普段風呂の水などが渦を巻いて流れ落ちていくので
漠然と「渦はできるもんだ」と考えがちですが、
たかだか風呂程度の大きさのオーダーの環境では
理想的な場合は渦ができない可能性も高いですね。

回答No.5

hajime40

これって、テレビ番組で放送しましたよ。
（NHKだったか、うじきつよしのワンダーポケットだったか、所さんの目がテン、だったかは忘れましたが。）

そのときの実験はこうでした。
大きな船（カーフェリーだったと思いますが・・・。）で、赤道を境にして北、南と１・２度か往復させます。
そのときに、渦巻きができるかどうかを検証しました。

そのときの実験では、確かに赤道上と思われる場所を通過中は渦巻きが止まってしまいました。
つまり、渦巻きが起こらず、水が下の口へとまっすぐ下に流れていきました。これは、インクを落としたり、小さな紙を入れることで渦が出来ているかどうかを確認していました。
そして、赤道上を思われる場所から離れるにつれ、再び渦巻きが発生し始めたのを今も覚えています。

>　少し（１０ｍ程度）北では反時計回り、少し南では時計回り」
>というのは、センスとして否定しませんが、
>ちょっと出来過ぎのような気がします。
確かに話が出来過ぎているように思いますが、実際に実験してみるとそうなるんですねぇ。
やっぱりこれって、地球の神秘ってことなんでしょうか？？？
（物理学じゃ当たり前だって？？？？）

信じてもらえないかもしれませんが、テレビで放送されたんですよ。
これから、この放送についての過去の放送記録を探してみます。

では、参考にしてみてくださいね。

お礼

hajime40様。ご回答いただき大変ありがとうございます。
お礼が遅れてしまいすみませんでした。

その後、どのテレビ局の何という番組か分かりましたでしょうか。
分かれば是非ＵＲＬなど教えていただきたいと思います。

hajime40さんの文面によると、渦を巻いていた水が赤道に近づくにつれて
その渦が弱くなり、ついには（赤道では）渦を巻かなくなり、他の半球に
行くと今度は逆向きに渦を巻き始めるということが、
一連の実験（すごく巨大な水槽が必要？）として示されたということでしょうか。

他の人の報告では赤道でも渦を巻くときは巻くとありますし、
いったん渦を巻き始めた水はそれなりの慣性というか勢いがあると思うので
その渦の方向が消えて今度は逆向きというのは大変に画期的な話ですね。

このカテゴリのすぐ下の質問で紹介されているオジサンの実験は、
北半球、赤道、南半球のそれぞれで、新しく渦を作ってみるということで、
いったん渦を巻き始めた水が、水槽の緯度の移動によりその渦の方向を
変えてしまうということとは、かなり次元の違った実験でしょう。

もし、いったん渦を巻き始めた水の方向を変えてしまうほど
（赤道近辺でも）コリオリの力が強いとすると、
日本のような中緯度では、えらく強くて日常生活でも実感できる
ほどにはならないのか、とも思います。
（野球で投げたボールがはっきり曲がって見えるとか）
それほど強い力でなくとも、渦の方向を決めるのには
充分ということなのでしょうか。
ナゾは深まるばかりです。