北半球の渦が左巻きである理由

質問

前に述べた理論を、全面的に撤回します。流体が中心に向かって流れ込んだ場合、真直ぐ中心に向かうか、左に（時計と逆回り）又は右に回って中心に向かうかの3種類があります。北半球の渦が左回りであることを、北極の例で説明します。北極点を中心として、半径1,000ｍの流体（円Iの位置）があります。この流体の円周上にある物質Ａは、地球が自転しているので、1日に円周I上を6,200ｍ左回りに移動しています。その物質が北極点の方向に流れ込み、半径500ｍの位置（円IIの位置）に来たとします。その位置にあった物質Ｂは地球の自転により、1日に円周II上を3,100ｍ左回りに移動していました。物質Ｂは既に北極点に到達しています。Ａが円周II上を3,100ｍ/日の速さで左回りに回れば、渦巻きは起こらず、北極点に立つと流体は真直ぐ北極点に向かって流れ込んでいると観察できるでしょう。しかし、Ａは慣性により円周IIの位置に来た時でも6,200ｍ/日の速さで左に回ります。北極点に立つと、Ａは3,100ｍ/日の速さで左回りに回ると観測出来ます。今度は、赤道上に半径1,000ｍの流体（円IIIの位置）を置きます。円IIIの円周上の物質Ｃは、西から東に（地図で言えば左から右へ）500ｍ/秒で移動しています。Ｃが中心に向かって流れ、半径500ｍの位置（円IVの位置）に来た時も右へ500ｍ/秒で移動しています。この円の中心に立つと、流体は真直ぐ中心へ向かって流れ込んでいると、観察出来ます。今度は、北緯45度の位置に半径1,000ｍの流体（円Vの位置）を置きます。この場合物質Ｄ（中心より赤道よりの位置）は、地球の地軸を中心として、赤道側に45度傾いた円周上を、250ｍ/秒の速度で左回りに移動しています。半径1,000ｍから500ｍの位置にＤが移動すると、半径が354ｍ縮んだ円上を回ることになります。速度はそのままなので、Ｄは左に回転していると観測されます。逆にＥが中心より北極点よりであった場合は、500ｍの位置に来た時、元回っていた円より半径354ｍ大きい円周上を回ることとなり、逆に右回りと観測されるのではと考えられます。しかし、自転の力に引っ張られてＥは、どんどん加速していきます。逆にＤは減速する力は働きません。従って、Ｄの左回り力の方が大きく、結果として左回りになります。南半球では逆の事が言え、右回りとなります。特に、コリオリ力を持ち出さなくても良いのです。

回答No.9

mtaka2 · ベストアンサー

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私は黄と青は紫の小円上にあるとしたので、円の中心に引き付けられても、同じ円周上を回る為、真直ぐに中心に向かうと説明したのです。
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さらに細かい話になりますが、小円の中心方向は、周回方向とはずれています(円弧と弦)ので、
紫の小円上からスタートしても、真っ直ぐ小円の中心には向かいません。
いったん内周に向かいますので、そこでコースがズレます。
(添付の図上側。図は極端な例ですし、「地球上の台風」みたいなレベルだと、「円弧と弦の方向のずれ」は微々たるものだと思われるかもしれません。
ですが、それを言い出したら、南北の違いでの周回速度(周回半径)の差だって微々たるものです。
その微々たるものが、積み重ねた結果として「左回りの渦」を作り出しているのです。無視することはできません。)

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貴方の描かれている平面図のビー玉は、自転と共に外に飛び出そうとする初速と、ビー玉で形作った円の中心に引っ張られる力とで、その動きを表現されています。
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ちょっと違います。これまでの図は全て「小円の中心に向けて転がした場合」の軌跡を計算したものです。
転がっている最中には、「小円の中心に引っ張られる力」は働かせてはいません。
「小円の中心に引っ張られる力」を働かせた場合の図を書くこともできましたが、
それよりも、純粋に「慣性の力と回転角で説明」できる挙動だけを図示した方が、
「コリオリの力」と呼ばれるものの挙動がわかりやすいと考えました。

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ビー玉は、ビー玉で形作られた円の中心に引っ張られるだけなのに、何故円盤の外に飛び出すのか。私の描いた図の様に、ビー玉は円の中心に向かわなければなりません。ビー玉は地球の引力に引かれ、円周上を回っているのです。
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台風などの挙動と比べる場合、「円盤の上」は「地球の表面(北半球)」に対応します。
地球の表面での物体の動きには、(地球が完全に球であると考えれば)地球の引力はまったく影響しません。
(万有引力によって、赤道にある物体が北極に落ちていく、なんてことは起きません)

「黄のビー玉が円盤の外に飛び出す」のは、「北半球で転がしたビー玉が赤道を越えて南半球に飛び出す」ことを意味します。
ですから、どのビー玉も、円盤の外に飛び出してしまうかの様に、描かれていますが、引力に逆らっているとか、そういったものではありません。

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私の図の様に、円の中心には向かってはいません。円盤の中心（地球の中心と円盤の中心は異なりますが、ご容赦ください）に引っ張られる引力の表現を、全くされていないので、ビー玉はおかしな動きをしています。
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台風の場合、地球の万有引力とは別の、
常に「台風(小円)の中心に向けて引っ張る力」が働き続けています。
「円盤の中心」に引っ張られるのではなく、「小円の中心」に引っ張られるのです。
そういった力の挙動を考慮すると、結果として「ビー玉は小円の中心」に向かいます。

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貴方の動画では、引力の表現をしてくださり、私のイメージしたビー玉の動きと同じであることが分かり、安心しました。
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動画の方でも、「小円の中心に向けた引力」は使っていません。
今までここに挙げていたイラストは小円の半径が非常に大きいものであったため、
「慣性の力と回転角」の影響が非常に大きかったのです。
そのため、質問者さんのイメージからかけはなれた軌跡になったのでしょう。

動画の方では、見てわかる通り、小円の半径をそれなりに小さくしています。
その結果として、「慣性の力と回転角で説明」できる挙動の影響が小さくなり、
軌道のずれが小さくなったのです。

添付の図下側は、そういった「中心に引っ張る力」のありなしで計算した結果です。
変化が微々たるものなのでわかりにくいですが、

右側、「中心に引っ張る力がない」場合(動画と同じ)は、単に「右にそれるだけ」なのに対し、
左側、「中心に引っ張る力がある」場合、各ビー玉は、進行方向を基準にすると「最初は右にそれて左周りの渦を作り、その後左にそれて中心に向かう」というS字カーブを描きます。
この「S字カーブ」によって、台風は左巻きの渦を作り出しています。

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貴方のおっしゃる通り、コリオリ力とは、慣性の力と回転角で説明できる現象を、言い換えただけのことなら納得いきます。
何故、わざわざコリオリ力と言い換えなければならないのかは分かりませんが。
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「何故言い換えるか」というと、「計算が簡単になる」からです。
物体の運動を計算するのに、毎回「慣性の力と回転角」をいちいち計算するのは非常に面倒です。
その計算を定式化した結果である「コリオリの力」というパラメータを導入することで、
「慣性の力と回転角」をいちいち計算する必要がなくなるのです。

補足

私の最終的な考えはこうです。緑黄赤青の4つのビー玉は、地球の引力に引かれて、円を描いて回転しています。丁度、ビー玉に紐を付けて、ゆっくり回している状態を考えてください。その上下を逆にした形です。ビー玉は自転の進行方向に向かって、地球から飛び出そうとしますが、地球の引力により、引き戻され地表の一定位置に留まっています。円盤の中心と、地球の中心が異なるのはご容赦下さいと断ったのはこのことです。当然、北極に向かって引力が働くのではなく、地球の中心に向かって働きます。それで、ビー玉は地表の一定の位置に留まっています。そして、渦の中心に引き込まれるのです。決して、地球の外に放り出される力が、ビー玉に加わるのではありません。地球の引力と相殺されています。地表の一定の位置に留まっているビー玉を、円形の中心に向かって引っ張るのです。すると、次第に赤道側のビー玉は右にそれて行き、北極側のビー玉は左にそれて行くのです。盤上から見ると、赤道から中心に向かった赤のビー玉は、速くくるくる回り進んで行き、北極から中心に向かった緑のビー玉は遅くくるくる回り遅れていきます。その状態で中心に引き込まれるので、左周りの渦になるのです。
貴方は、ビー玉が自転方向に飛び出す力と中心に引き寄せられる力で、渦の出来る仕組みを説明されました。しかし、引力により4つのビー玉は地表の一定位置に留まるので、貴方の描かれた様な、自転方向に飛び出す力はビー玉には働きません。円形に並んだビー玉の中心に引き込まれる力のみ働きます。ですから、4つのビー玉は真直ぐに中心に向かうと以前申し上げたのです。仮にビー玉が中心に引き寄せられる力が加わると同時に、突如地球の引力が消え、自転方向に飛び出す力がビー玉に働き始めたとします。北極側の緑のビー玉は北極点に赤道側の赤のビー玉は赤道付近にある巨大な渦を想定されていますが、実際にはその様な場合はありません。北緯45度の位置に円形に並んだビー玉があったと仮定します。すると北極側の緑のビー玉も右方向に進みます。自転と共に、右に飛び出す力が働いているのですから。赤道側の赤のビー玉も右方向に進みます。このビー玉にも自転と共に、右に飛び出す力が働くのですから。ですから、全てのビー球が右に向かったのでは、渦にはならないと以前言ったのです。
私のイメージは、北極側の緑のビー玉と、赤道側の赤にビー玉に紐を付けて回転します。緑のビー球の紐を緩めて大きな円を描き、赤のビー玉の紐を短くして小さな円を描きます。すると、次第に赤のビー玉が先行するようになりその距離はどんどん広がります。相対的に、地図で言えば緑のビー玉は左に（遅れて）赤のビー玉は右に（進んで）行きます。そして、中心に引き込まれるので左回りの渦になるのです。
貴方は、慣性の力とは自転で飛び出す力の事を考えておられます。そうではなくて、回転する円周が小さくなると、回転角により速く回転すると言うのが私の慣性力の考え方です。
また、貴方のビー玉は円周上を回転していません。つまり、地球の引力には全く影響されないとしています。地表上の水や空気や人が、自転方向に飛び出していますか。そうではなく、自転はしているが、一定の位置に留まっています。引力に引かれて一定位置に留まっています。従って、回転している状態と渦の中心に引かれる力のみで描くべきです。貴方のビー玉は、小さい円周とか大きい円周とかにより、回る速度が速くなったり遅くなったりすることは考慮されていません。ただ、自転の初速で動くビー玉を、終始円の中心に引き込む力で説明しようとしておられます。何か釈然としません。しかし、貴方は、この分野の通説をよく研究されているご様子です。私は、素人です。私の力が足りずに理解が及びませんでした。よく分からなくなってきたので、失礼ながらここで締め切らせていただきます。また、何かのテーマで、お互いの考えを交換できることを楽しみにしています。

回答No.8

mtaka2

既に qa5679921.html の方に新たな回答をしていますが、
ちょっとした小ネタなので、こっちに返答しておきます。

---ここから---
補足説明をさせてください。黄と青のビー球は、中心に引き込まれても、同じ大きさの円周上を回るので、速度に変化はありません。従って、真直ぐに中心に向かいます。貴方のお考えは大変刺激になりました。
---ここまで---

図をよく見ればわかりますが、
黄および青のビー玉の初期位置は、
小円の中心と同じ円周上にはありません。

左図の、中心の紫色な小さな点を結ぶ曲線を延ばした先が、小円の中心と同じ円周になります。
小円の中心と同じ半径の円周は、黄および青のビー玉の初期位置よりは、かなり上よりの位置を通るのが見てわかると思います。

つまり、黄も青も、どちらも回転円盤の外周から内周方向への運動、ということになります。

お礼

感謝！！

補足

動画付きの解説大変参考になりました。その通りだと思います。
私は、貴方の図の黄と青のビー玉は、紫色の小円の円周上にあるものとして説明しました。余りにも細かいところまで説明するとキリが無かったので、より単純なイメージによったのです。貴方の言われる通り、正確には紫色の小円よりもわずかに大きい円周上にあります。従って、双方のビー玉は、中心に引き付けられると、より小さい円周上を回るようになり、速度を増します。従って、黄と青は共に右にずれるように動きます。私は黄と青は紫の小円上にあるとしたので、円の中心に引き付けられても、同じ円周上を回る為、真直ぐに中心に向かうと説明したのです。
貴方の描かれている平面図のビー玉は、自転と共に外に飛び出そうとする初速と、ビー玉で形作った円の中心に引っ張られる力とで、その動きを表現されています。ですから、どのビー玉も、円盤の外に飛び出してしまうかの様に、描かれています。ビー玉は、ビー玉で形作られた円の中心に引っ張られるだけなのに、何故円盤の外に飛び出すのか。私の描いた図の様に、ビー玉は円の中心に向かわなければなりません。ビー玉は地球の引力に引かれ、円周上を回っているのです。円盤の中心（地球の中心と円盤の中心は異なりますが、ご容赦ください）に引っ張られる引力の表現を、全くされていないので、ビー玉はおかしな動きをしています。私の図の様に、円の中心には向かってはいません。特に、黄色と青のビー球は、考えられない動きをしており、非常に不可解に思えました。
やはり、コリオリ力とは、物体の直進運動を回転する観測者から見た時、単に曲がって見えると言うだけの、見かけ上の力かと考えました。貴方の動画では、引力の表現をしてくださり、私のイメージしたビー玉の動きと同じであることが分かり、安心しました。
貴方のおっしゃる通り、コリオリ力とは、慣性の力と回転角で説明できる現象を、言い換えただけのことなら納得いきます。何故、わざわざコリオリ力と言い換えなければならないのかは分かりませんが。

回答No.7

mtaka2

回答5の図で、
外から見て「右上に直線を辿って転がるビー玉」が、
回転する円周上から見ると「真上に進み始めたビー玉が、だんだん右にそれるようなカーブを描く」わけですが、
なぜ「右にそれる」かというと、
上=中心に向かうと、その分円盤の回転半径が短くなり、
円周上の相対位置で見ると、半径が短くなる分「右にずれる」からなんですよ。
つまり、質問者さんが渦巻きの原理を説明している分は、そのまま、コリオリの力の原理の説明なんです。

と、言葉で説明しても、質問者さん自身は「自分の説明が、コリオリの力の原理説明そのものである」ことに納得されていないようですので、

新たな図を書いてみました。
左側は、
回転する円盤上で、、その半分の直径な円周上に4つのビー玉を配置し、それをその円の中心に向けて転がした場合の図です。
紫色の矢印は転がした方向を示す矢印で、水色の矢印はその地点での回転の周回速度です。
その合成として、それぞれのビー玉は、転がした方向とはズレた方角に、一直線に転がって行きます。

回転中心(北極)から転がしたビー玉(緑色)は、そのまま真下に転がります。
円周(赤道)から転がしたビー玉(赤色)は、右方向の、円周の周回速度がありますので、右上方向に転がります。
右側から左に転がしたビー玉(青色)は、右上方向の、円周の周回速度がありますので、左上方向に転がります。
左側から右に転がしたビー玉(黄色)は、右下方向の、円周の周回速度がありますので、右下方向に転がります。

これを、回転する円周上から眺めると、右図のようになります。
どのビー玉も、進行方向に対し右にそれますので、
結果として、ビー玉全体は、左回りの渦を描くように転がって行きます。

なお、どのビー玉も、目標(渦の中心)を通っていませんが、それは、「最初に渦の中心に向けて転がした」だけで、「その後、渦の中心方向に向かおうとしていない」からです。

台風なんかは、ずっと渦の中心に向けて引き込もうとする力が働いています。
そうやって、渦の中心に向かいつつも、右にそれる、という動きを続けていくと、左回りに渦を描きつつ中心に辿りつくことになります。

お礼

補足説明をさせてください。黄と青のビー球は、中心に引き込まれても、同じ大きさの円周上を回るので、速度に変化はありません。従って、真直ぐに中心に向かいます。貴方のお考えは大変刺激になりました。

補足

mtaka2さん詳細な図解入りのご説明、大変参考になります。しかし、私が頭に描いているビー球の動きは、添付していただいた図とは、全く異なります。是非こちらを見てください。図を掲載しています。http://qanda.rakuten.ne.jp/qa5679921.html

あくまで、ビー球は、円盤上を円を描いて回転しています。回転しない盤上から見たら、ビー玉は円盤上をくるくると回転しています。地球上の大気や海水と同じように。その状態で、円形に並べたビー玉は、中心に引き付けられるのです。回転する円周上から見ると、黄と青のビー球は真直ぐに中心に向かいます。緑と赤は示された図のように進みますが、それは単に慣性の力で、赤いビー玉は、より小さい円周を回りだすので、回転する速度が増します。今までは、説明を簡単にするために同じ速いスピードでと表現しましたが、回転角より実際はスピードは増します。緑のビー球は、より大きい円周を回りだすために、速度が落ちます。よって、緑のビー玉は、左にそれながら中心に引き込まれていき、赤のビー玉は、右にそれながら中心に引っ張られるのです。単に慣性の力と回転角で説明できるのです。もし、慣性の力と回転角がコリオリ力であるとするならば、コリオリ力は必要ありません。

回答No.6

mtaka2

回答4を読んで、質問者さんがビー玉のどういう挙動を想像してるかわかりました。
というわけで、新しい図を描いてみました。

中心の真下方向に位置する円周上から、ビー玉を中心方向(真上)に転がし、
「円盤を上から見る」と、「真上に転がっていく」ような軌跡を描く場合を考えます。
(添付の左図)

これを、回転する円周上から見た場合、
円周の回転する周回速度の分、相対的にビー玉は左方向の初速を持ってスタートします。ビー玉は転がっていくうちに真上方向にある円の中心を通りますから、

右図のように、
「最初は左上に転がって行くビー玉が、だんだん右にそれていく」
ように見えます。
それる方向はあくまで「右」です。「左にそれる」わけではありません。

補足

Mtaｋa2さんコリオリ力についての図解入りの詳しいを頂き、説明ありがとうございます。私のコリオリ力の理解が、不足していた部分がありました。回答番号5では、円盤の回転速度により、ビー玉が左に動いている状態から、中心に向かって投げた時のコリオリ力ですね。回答番号6では、ビー玉が静止している状態から、中心向かって投げた時のコリオリ力ですね。よく勉強になりました。ありがとうございました。ただ私が言いたいのは、どの場合でも、コリオリ力では、渦は生じないと言うことです。ビー玉を円形に並べて、円盤上を円周上から中心に向かって円形に並べたビー球と転がして見てください。そして、ビー玉は円盤の中心に向かって転がりながら、並べた円の中心に向かって集まるところを想像してみて下さい。要は、円形に並べたビー玉のみを考えることです。全てのビー玉は、並べた円の中心に向かって、真直ぐに転がります。回答5と6の円盤上から見たビー玉の軌跡の図で考えれば、すぐに分かります。回答5では、円形に並んだビー玉は、全体が真直ぐに右方向に移動します。移動しながら、個々のビー玉は並んだ円の中心に向かって真直ぐに集まります。回答6では、円形に並んだビー球は、全体が真直ぐ上に移動します。個々のビー玉は、円形に並んだ円の中心に向かって真直ぐに集まります。これでは、左回りの渦にならないと言っているのです。円盤の中心から外に向かって、円形に並べたビー玉を転がしながら、円形の中心に集める場合も、円形のビー玉のみを考えれば、全てのビー玉は同じ動きをしながら、中心に集まるので、真直ぐに円形の中心に向かって集まります。円形に並んだビー球のみを考えて、赤道よりのものは、右にそれながら並んだ中心に向かい、北極よりのものは、左にそれながら並んだ中心に向かわなくては、左回りの渦にはならないと言っているのです。あなたの理論は、円形に並んだビー玉全体の進路の話をされています。台風が次第に右にそれながら日本列島を北上してくる理由にはなります。しかし、その台風がなぜ左回りかは説明していません。地球上の気体や液体は、地球の自転とともに回転しています。貴方の回答5の円盤上から見たビー玉の軌跡では、ビー玉が左に真直ぐに自転の力で飛び出そうとする力と、中心方向に転がした力とが合わさって右上方向に転がるとしています。しかし、地球上の流体は、円盤の中心を中心として、円を描く軌道を回っているのです。その軌道を回っているビー玉を、円盤の円周上から中心に向かって転がすのです。ビー玉は転がると、より小さい円周上を回るようになります。逆に円盤の中心から外に向かってビー玉を転がすと、より大きい円周上を回るようになります。円形に並べたビー玉が、円盤の中心を中心とした円周上を回っていると仮定しなければなりません。空気や水はその様に動いているのですから。そう仮定すると、円形に並べたビー玉の内赤道よりのものは、円形の中心に向かうにつれ、より小さい円周上を回ることになるので、ビー玉の中では右に移動する速度が速く、円形の中心より右よりに集まります。北極よりのビー玉は、円形の中心に向かうにつれ、より大きい円周上を回ることになるので、ビー玉の中では、右に移動する速度が遅く円形の中心より、左に集まります。それで初めて、左回りの渦になるのです。それは、慣性の法則により左回りの渦になるのであり、見かけ上のコリオリ力によって左回りの渦になるのではありません。

回答No.5

mtaka2

---質問者さんの文章ここから---
円盤の中心から外に向かってビー球こ転がした時、円盤を上から見ている人には、ビー球は真直ぐに進んでいると見えます。しかし、円盤の円周上に居て円盤と共に左回転している人には、ビー球は左にそれていくと見えます。
しかし、今度はビー球を円盤の円周上から中心に向かって転がして見てください。今度も円盤を上から見ている人にとっては、ビー球は真直ぐに進んでいると見えますが、円盤の円周上に立っている人にはやはり左にそれて行くと見えます。
---質問者さんの文章ここまで---

コリオリの力では、中心→円周、円周→中心、どちらの場合でも、ビー玉は、進行方向に見て右に曲がります。

質問者三の左右の表現が地図におけるそれであれば、前半はその通りであってますが、
後半は逆です。「進行方向に右」ですから、円周から中心に向かって転がすと、円盤の円周上に立っている人には右にそれて行くと見えます。

つまり、コリオリの力は、
---質問者さんの文章ここから---
赤道側から中心に向かうビー球は右にそれ、北極側から中心に向かうビー球は左にそれなければならないのです（左右とは地図を見た時の表現です）。
---質問者さんの文章ここまで---
の通りに働くのです。

おそらく質問者さんは、円周から中心に向かってビー玉を転がしたときの軌道を間違えているのでしょう。
円周から中心に向かって転がした場合でも、円周では周回方向の速度があります。

添付の図のように、中心の真下方向に位置する円周上から、ビー玉を中心方向(真上)に転がした場合、
「円盤を上から見る」と、
「転がす」行為を行う円周自体が右方向に速度を持って移動していますから、
ビー玉は、ビー玉は中心方向(真上)ではなく、
上と右の速度の合成結果である右上方向に真っ直ぐ転がって行きます。

それを、円周上で一緒に回転する立場で見た場合、最初に真上に進んだのが、軌道がだんだん右に曲がっていって、そのうちまた円周に戻ってくるように見えます。

補足

ありがとうございます。こうして意見を頂くのが何よりの幸せです。私の考えは回答6に記載させてもらいました。またのご回答をよろしくお願いします。

回答No.4

Mandheling

まだ締め切られて無いようなので回答させてください。

結論を言えば、質問の
前半「コリオリの力の説明」に誤りがあり、
後半「左回りになる理由」がそのものずばりコリオリの力の説明になっているということです。

前半でコリオリの力を説明されてますが、
円周から中心にビー球を転がす場合、
円盤は回転しているが、ビー球は静止している状態から転がすことを想定しているといってますが、
円周と一緒に移動している状態から転がすモデルで説明するのが普通だとおもいます。
大気も自転している地球と回転してるのですから。
ビー球が静止したモデルでは、一体何の説明をしたいのか意味不明になってしまいます。

回転円盤モデルを使ってコリオリの力を説明するメディアは多いですが、
もし、円盤の回転に対し静止した状態で円周から中心に転がして解説してしている物があるなら、
それは読者または視聴者に対し、誤解を招く可能性が高く、適切な解説方法とは思えません。

補足

もっともなご意見を頂き、ありがとうございます。私の考え方は、Mtaｋa2さんの回答6に掲載させて頂きましたので、是非ご参照下さい。貴方のお考えの通り、私も、ビー球が円盤上を円盤の中心を中心とした円周上を回っている状態から転がさなくてはならないと言っているのです。そうすると、赤道よりのビー玉は速い速度で回転しており、北極側のビー玉は遅い速度で回転しています。そのビー玉が同じ軌道上に来たとき、北極よりのビー玉は遅く左にそれ、赤道よりのビー玉は速く右にそれると言いたいのです。コリオリ力は見かけの力であり、渦には関係ありません。

回答No.3

mtaka2

---ここから---
円盤が左回りに回転している時、中心から外に向かいビー玉を転がすと、円盤を上から見ている観測者Ａには、ビー玉は直進に見えるが、円盤と共に回る円周上の観測者Ｂには、ビー玉は左にそれて行くと見える。コリオリ力が働き、左にそれたと説明されています。
---ここまで---
「ビー玉の進行方向」を基準に見ると、コリオリの力によってビー玉は進行方向右に曲がります。

---ここから---
では、円盤の円周上から中心に向かって、ビー玉を転がした場合はどうでしょうか。Ａには直進に見えますが、Ｂにはやはり左にそれて行くと見えます。
---ここまで---
こちらも、進行方向に対して右に曲がるように働く力あるように見えます。

どちらも「進行方向」に向かって右に曲がるわけですが、

上が中心で下が円周だるような「上から眺める」視点で見た場合には、
中心から円周に向かう場合は、下向きに進むのが左に曲がり、
円周から中心に向かう場合は、上向きに進むのが右に曲がります。

---ここから---
中心に穴があり、流体は中心に向かって流れ込みます。最も赤道よりの円周上にある物質をＤとします。逆に最も北極点よりに位置する物質をＥとします。
---ここまで---
このとき、DもEも進行方向に対して右に曲がりますかから、
Dは北に向かいますから、北向きに対する右=東に曲がります。
Eは南に向かいますから、南向きに対する右=西に曲がります。
中心に向かう物質は全て進行方向右に曲がりますから、結果として左回りになります。

---ここから---
北極点よりの流体は左にずれながら、赤道よりの物質は右にずれながら中心に向かいます。
---ここまで---
この左右は、北極点を上、赤道を下、とした、「上から眺める」神の視点で見た場合ですね。
進行方向を基準に見るなら、北極点よりの物質は南向きの進行方向に対し右に曲がりますし、
赤道よりの物質は北向きの進行方向に対し右に曲がります。
どちらも右に曲がる。上述のコリオリの説明と同じ。

というわけで、
---ここから---
Ｄが中心に流れ込み半径1,000ｍから500ｍの位置に移動すると、半径が354ｍ縮んだ円周上を回ることになります。速度は慣性により変わらず、その位置にある物質よりも速く回転する為、ＤはＢから見て右に動きます。逆にＥが500ｍの位置に来た時、元回っていた円周より半径354ｍ大きい円周上を回ることとなり、その位置にある物質よりも遅く回転する為、Ｅは左に動きます。
---ここまで---
その説明は、そのままコリオリの力の原理説明なんです。

補足

読んでいただき、ありがとうございます。ご感想を読ませていただくのが何よりの楽しみです。さて、コリオリ力とは例えば左回転（時計とは逆周り）している円盤上をビー球を転がした場合を想定しています。その時、円盤の中心から外に向かってビー球こ転がした時、円盤を上から見ている人には、ビー球は真直ぐに進んでいると見えます。しかし、円盤の円周上に居て円盤と共に左回転している人には、ビー球は左にそれていくと見えます。しかし、今度はビー球を円盤の円周上から中心に向かって転がして見てください。今度も円盤を上から見ている人にとっては、ビー球は真直ぐに進んでいると見えますが、円盤の円周上に立っている人にはやはり左にそれて行くと見えます。両方が左にそれたのでは、全く渦にならないのです。北極＝円盤の中心から転がした場合左にそれて、赤道＝円盤の円周上から転がした場合は、逆に右にそれないと、左回りの渦にはなりません。コリオリ力を説明する際、ビー球は静止している状態から転がしています。円盤と共に回転している人が、ビー球を転がすと、円盤と共に回転している人にとっては、真直ぐに転がると見えます。コリオリ力は全く働きません。実際に地球上の液体や気体は地球と共に回転しています。渦とは、気体や液体が中心に流れ込む際、真直ぐに流れ込まずに、左回りか右回りに回転しながら、中心に流れ込むことを言います。巨大な円盤想像して見てください。左回りに回転する巨大な円盤上を、静止した状態で円形に並んだ多数のビー球を、中心に向かって転がして見てください。円盤の上から見る人にとって、円形に並んだビー球は、真直ぐ中心に向かって転がると観測されます。渦にはならないでしょう。円盤上の人にとっても、全てのビー球は、同じ速度で左にそれながら中心に向かうと見えます。やはり渦にはならないでしょう。そもそも、円形に並んだビー球は静止した状態を想定しており、幾ら回転する円盤上を転がしても、その回転の影響は全く受けないので、渦になりようがありません。赤道側から中心に向かうビー球は右にそれ、北極側から中心に向かうビー球は左にそれなければならないのです（左右とは地図を見た時の表現です）。何故そうかるか。それば、ビー球が球体上にあり、球体と共に回転しているからです。球体上にビー球を円形に並べて見ましょう。赤道側のビー球の方が、大きな円周上を回っており、即ち速いスピードで回転しています。北極側のビー球は小さな円周上を回っており、遅いスピードで回転しています。この円形に並んだビー球を中心に向かって、転がして見ましょう。赤道側のビー球は中心に向かうにつれ、より小さな円周上を回転するようになります。慣性の法則により、ビー球はそのままの速いスピードで回転します。北極側のビー球は中心に向かうにつれ、より大きな円周上を回転するようになります。同じく慣性の法則により、ビー球はそのまま遅いスピードで回転します。赤道側のビー球と北極側のビー球が中心に来た時を想像してみてください。赤道側のビー球のスピードは速いので右により、北極側のビー球のスピードは遅いので左によります。これで左回転の渦が出来るのです。単なる慣性の力により北半球では左回転の渦が生じ、南半球では右回転の渦が生じるのです。その小さな左回転の力が、次第に大きな回転になるのです。何故なら、回転しながら中心に流れ込んだ方が、真直ぐに流れ込むより速く流れ込むことが出来るからです。ただし、台風等巨大な渦に限ります。洗面所の小さな渦などは、慣性の力よりも偶然に掛かる力の方が遥かに大きくどちら回りの渦になるかは、偶然によります。コリオリ力とは単に左にそれて見えると言うだけのことで、具体的になんらかの力がビー球に掛かっているのではないのです。コリオリ力は地球上でものを観測する場合に考慮しておかなければならないと言うだけのことで、コリオリ力で物が動く訳ではないのです。コリオリ力と慣性の力とは全く別ものです。

回答No.2

isa-98

ちゃんとお勉強しましょうね。つ＾＿＾）つ
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%AA%E3%82%AA%E3%83%AA%E3%81%AE%E5%8A%9B

補足

ありがとうございました。コリオリ力を勉強して、mtaka2さんへの補足内容を追加しましたので、ぜひご参照下さい。質問者さんは、なぜ北半球の渦は左周りになるとお考えですか。貴方も、コリオリ力なるものを信じておられるのでしょうか。信じておられるのなら、何故コリオリ力で左回りの渦になるのか教えてもらえないでしょうか。一般的にコリオリ力で北半球では風や海流が左向きにずれて行くので、左回りの渦になると説明されます。確かに北極点よりの風や海流が渦の中心に引き寄せられる場合、左にずれて中心に向かう為、一見左回りの渦が出来そうです。しかし、赤道側よりの風や海流も左にずれて中心に流れ込みます。その力は打ち消しあって、決して左回りの渦にはなりません。そもそもコリオリ力においては、風や海流が自転と共に回転せず、静止していると仮定するから左にずれるのです。現実の風や海流は自転と共に回転していますし、仮に静止していると考えると、自転の作用を全く受けない訳ですから、風や海流は真直ぐに中心に流れ込むはずです。北極点よりの風や海流は左にずれて、赤道よりの風や海流は右にずれて、中心に流れ込まなければ、左回りの渦は生じません。なぜそうなるのか。それは慣性の力の為です。赤道よりの風や海流は中心よりも大きな円周上を回っている為、中心にあるものよりも速い速度で回転しています。従って、中心に引き寄せられた時、そのままの速度で回転しますので、右にずれます。逆に北極点よりの風や海流は、中心よりも小さい円周上を回っている為に、中心にあるものよりも遅い速度で回転しています。中心にに引き寄せられた時、そのままの速度で回転する為左にずれます。北極よりの風や海流は左へ、赤道よりの風や海流は右へずれて中心に流れ込みます。その結果、左回りの渦が生じます。コリオリ力は以下の通り説明されます。円盤が左回りに回転している時、中心から外に向かいビー玉を転がすと、円盤を上から見ている観測者Ａには、ビー玉は直進に見えるが、円盤と共に回る円周上の観測者Ｂには、ビー玉は左にそれて行くと見える。それがコリオリ力であると。しかし、ビー球はＡから見た通り直進しているのであり、Ｂから見ると左に曲がるように見えますが、それは見えるだけで、力学上ビー玉には左に曲がる力は作用していません。質問者さんは、私の慣性の理論でも、コリオリ力でもない原因で北半球の渦は左回りになるとお考えなのでしょうか。是非あなたの理論を教えてください。

回答No.1

mtaka2

何を質問されたいのかわかりませんが、
コリオリの力は「見かけの力」であり、実際にどこかに力が働いているわけではありません。

> 北極の例で説明します。
(略)
> しかし、Ａは慣性により円周IIの位置に来た時でも6,200ｍ/日の速さで左に回ります。北極点に立つと、Ａは 3,100ｍ/日の速さで左回りに回ると観測出来ます。

それがまさに「コリオリの力」です。
北極点に立った人から見ると、まるで「真っ直ぐ中心に向かって来る物体に対し、左回りになるような力が働いている」かのように見えるわけです。
その「働いているように見える架空の力」を指して「コリオリの力」と呼ぶのです。

質問者さんは「北半球の渦が左巻きである理由」を、確かにコリオリの力を持ち出さずに説明していますが、
内容的には「コリオリの力とはなにか」という解説そのものです。

補足

貴重な意見を頂き感謝しています。さてご指摘の点ですが、私の言っていることは、コリオリ力そのものとのことです。そうではないことを説明します。北半球では、左回りの渦が生じます。一般には、コリオリ力が働くからと説明されています。円盤が左回りに回転している時、中心から外に向かいビー玉を転がすと、円盤を上から見ている観測者Ａには、ビー玉は直進に見えるが、円盤と共に回る円周上の観測者Ｂには、ビー玉は左にそれて行くと見える。コリオリ力が働き、左にそれたと説明されています。では、円盤の円周上から中心に向かって、ビー玉を転がした場合はどうでしょうか。Ａには直進に見えますが、Ｂにはやはり左にそれて行くと見えます。その動きで左回りの渦が出来るでしょうか。北緯45度に、半径1,000ｍの円形流体Ｃを想定してみます。中心に穴があり、流体は中心に向かって流れ込みます。最も赤道よりの円周上にある物質をＤとします。逆に最も北極点よりに位置する物質をＥとします。コリオリ力理論では、ＢにはＥは左にそれて中心に流れ込むと見えます。一見左回りの渦になりそうですが、Ｄも左にそれて中心に流れ込むと見える為、左回りの渦とはなりません。コリオリ力理論では、ビー玉は円盤と共に回転しておらず、静止と想定されています。つまり流体Ｃは自転と共に回転しておらず、静止していると想定しています。しかし、地球上の流体は自転と共に回転しています。また、流体Ｃが静止しているのなら、ＤもＥも真直ぐに中心に流れ込みます。自転の力は全く流体Ｃには影響を与えないので、左巻きの渦は生じません。どの様に考えるべきでしょうか。流体Ｃは、自転と共に回転しています。地球の地軸を中心とする円周上を、250ｍ/秒の速度で左回り（地図で右方向）に移動しています。Ｄが中心に流れ込み半径1,000ｍから500ｍの位置に移動すると、半径が354ｍ縮んだ円周上を回ることになります。速度は慣性により変わらず、その位置にある物質よりも速く回転する為、ＤはＢから見て右に動きます。逆にＥが500ｍの位置に来た時、元回っていた円周より半径354ｍ大きい円周上を回ることとなり、その位置にある物質よりも遅く回転する為、Ｅは左に動きます。北極点よりの流体は左にずれながら、赤道よりの物質は右にずれながら中心に向かいます。従ってＣ全体として左回りの渦になります。これはコリオリ力の様な見かけの力ではありません。現実に作用する力です。最初のわずかな左回りの動きが、どんどん加速して行きます。なぜなら、渦を巻いて中心に流れ込んだ方が速く流れ込むからです。南半球では逆の事が言え、右回りとなります。特に、コリオリ力？を持ち出さなくても良いのです。