Coriolisvoima ja kuumailmapalloileva hamsteri

”Vessanpöntön vesi kiertää eteläisellä pallonpuoliskolla coriolisvoiman takia eri suuntaan kuin pohjoisella” – tuttu urbaanilegenda. Onko legendassa perää, vai onko uskomus väärä?

Olettamuksen pohjana on, että coriolisvoima kääntää pyörimisliikkeen eteläisellä pallonpuoliskolla erisuuntaiseksi kuin pohjoisella. Hurrikaanit (ja eri alueilla esiintyvät vastineensa) ja matalapaineen keskukset käyttäytyvätkin juuri kuvatun mukaisesti, ne pyörivät eri suuntaan pohjoisella kun eteläisellä pallonpuoliskolla.

Mikä tuo mystinen coriolisvoima on? Itse muistan kuulleeni sanan koulussa, mutta opettajat selittivät sanan sisällön vähän niin ja näin (tai, kröhöm, en itse kuunnellut tarpeeksi tarkkaavaisesti). Vasta yliopistoaikoina asia oli pakko ajatella kaavojen avustamana läpi.

_____________________________________________

Siis, tässä yksi tapa käsittää asia:

Kuvitellaan kuumailmapallo, joka on juuri noussut maapallolta ylös tuosta eteläisen Suomen kohdalta. Ihan viihteen vuoksi lisätään mukaan annos fiktiota: kuumailmapalloa kuljettaa tässä selostuksessa matkustushaluinen hamsteri.

Tässä kuvitteellisessa tilanteessa on täysin tyyntä, joten hamsteripallo killuu siististi suurinpiirtein lähtöpaikkansa yläpuolella. Maapallo pyörii, mutta kuumailmapallo  kulkee vielä toistaiseksi maanpinnan kanssa samaa tahtia.

(Ennen hamsterin matkan seuraavia vaiheita kertaus pallogeometriasta: pallo on paksuimmillaan päiväntasaajan kohdalla. Päiväntasaaja on siis pisin kaikista leveyspiireistä. Kun siirrytään päiväntasaajalta kohti napoja, kukin seuraava leveyspiiri on aina edellistä lyhyempi, eli matka maapallon ympäri leveyspiiriä pitkin on sitä lyhyempi, mitä lähempänä napaa ollaan. Päiväntasaajalla olevan pisteen on viiletettävä paljon huimempi matka maapallon akselin ympäri vuorokauden aikana kuin navan lähellä olevan pisteen, eli sen liikenopeus on paljon suurempi.)

Palatkaamme palloilevaan hamsteriin. Hamsteri haluaa vaihtelua elämäänsä, joten se päättää lähteä kuumailmapallollaan kohti pohjoista. Hamsteri ei katso alaspäin, vaan jatkaa tiukasti kohti pohjoista ajatellen pääsevänsä Pohjois-Lappiin. Hamsteri ei ole kuitenkaan säätänyt maapallon kiertosuunnan suuntaista nopeuttaan. Maapallon pinta tarvitsee täällä vähemmän nopeutta päästäkseen pallon ympäri vuorokaudessa, siksi hamsterin aiemmin sopiva leveyspiirin suuntainen nopeus on nyt ylimitoitettu ja maan pinta jää hamsterista jälkeen. Hamsteri päätyy vahingossa Pohjois-Lapin sijasta Murmanskiin. Kartalta katsottuna hamsterin reitti kääntyy oikealle sen sijaan, että se kulkisi suoraan pohjoiseen.

Jos hamsteri olisi alunperin lähtenyt etelään päin korjaamatta pyörimissuunnan suuntaista nopeuttaan, olisi käynyt päinvastoin: sen leveyspiirin suuntainen nopeus ei olisi riittänyt, vaan maapallo olisi ehtinyt karata alta pois. Hamsteri olisi kääntynyt jälleen omaan kulkusuuntaansa nähden oikealle, jonnekin Puolan tietämille.

Samassa matkailuhenkisten eläinten rinnakkaistodellisuudessa uusseelantilainen kuumailmapalloileva kiivi (lintu, ei hedelmä) päätyisi kohti napaa palloillessaan maapallon pinnasta edelle eli itään päin, päiväntasaajaa kohti palloillessaan se jäisi maapallon pinnasta jälkeen eli sen reitti kääntyisi länteen päin. Se kääntyisi omaan kulkusuuntaansa nähden vasemmalle, päinvastaiseen suuntaan kuin pohjoisella pallonpuoliskolla.

_____________________________________________

Coriolisvoima ei siis ole todellinen voima, vaan pohjoista tai etelää kohti tapahtuvassa liikkeessä kulkija jää maapallosta joko jälkeen tai ajautuu sen edelle. Maapallolla emme itse rekisteröi pyörimisliikettä maapallon akselin ympäri (koska kuljemme samaa vauhtia itse mukana), vaan meille näyttää siltä, kuin jokin näkymätön voima työntäisi pohjoiseen tai etelään liikkuvia kappaleita. Coriolisvoima vaikuttaa sekä merissä että ilmakehässä tapahtuvaan pohjois-eteläsuuntaiseen liikkeeseen.

Palatakseni alkuperäiseen kysymykseen: pyöriikö vessanpöntön vesi eteläisellä pallonpuoliskolla coriolisvoiman takia eri suuntaan kuin pohjoisella?

Vastaus on ei. Coriolisvoiman vaikutus alkaa näkyä selvästi vasta pitkillä matkoilla. Vessanpöntön tapauksessa veden liikkeen pohjois-eteläsuuntaiseen osuuteen kohdistuu minimaalinen coriolisvoiman hippunen, mutta se on häviävän pieni pöntössä vaikuttaviin muihin voimiin verrattuna. Veden kiertymissuunta on kiinni putkien rakenteista, ei coriolisvoimasta.

Mukavaa viikonloppua!