Článek
Na každé straně rovníku se voda otáčí jiným směrem. A přímo nad nejslavnější rovnoběžkou se stéblo ani nepohne.
Ti aktivnější z průvodců následně přistoupí k menší lekci z fyziky, při níž s nadšenou gestikulací vysvětlují, jak rotace zeměkoule ovlivňuje směr, kterým se stéblo v nádobě otáčí.
Má to ale hned několik háčků. Mnohem více než o vědecky relevantní přednášku se totiž jedná o způsob, jak zaujmout natěšeného turistu a prodat mu „drahocenný“ suvenýr nebo si zkrátka pojistit nějaký ten bakšiš navíc. A celá ta přednáška působí po krátkém zamyšlení spíše komicky. Obzvlášť, pokud se vír otáčí na opačnou stranu, než na jakou by podle průvodcovy teorie měl.
Jak je to možné? A proč je hypotéza s rotací Země v případě onoho „rovníkového“ pokusu zcela nepoužitelná?
Vědec od kulečníkového stolu
Abychom to pochopili, musíme nejprve přijít na kloub samotné teorii, kterou se lidé u stánku s nápisem „Equator“ ohání. Ta stojí na obecně známém faktu, že rotace zeměkoule vytváří další s ní související síly. Tato souvztažnost je lidstvu známa již několik století. Neviditelnými silami se jako první zaobíral italský jezuita Giovanni Battista Riccioli už v 17. století. Jeho teorie pak o dalších dvě stě let později rozvinul a dopracoval Francouz Gaspard de Coriolis.
Ten si všiml, že rotace daného objektu se projevuje u jeho jednotlivých bodů tím větší rychlostí, čím více jsme vzdáleni od osy jeho otáčení. Krásně si to lze představit na gramofonové desce. Zatímco její střed se otáčí pomalu, kraj desky musí za stejný okamžik urazit delší vzdálenost. A tedy dosahuje vyšší rychlosti.
Právě tyto rozdíly v rychlosti na povrchu téhož tělesa mají za následek vznik oněch neviditelných sil. Sil, které pak působí na ostatní tělesa v blízkosti rotujícího objektu. Pokud bychom například zapnuli gramofon s onou deskou a následně od jejího středu poslali kuličku směrem k jejímu okraji, zpozorujeme na desce zakřivenou trajektorii. Dráha kuličky bude ve vztahu k desce stále více zatáčet s tím, jak se rychlost rotace desky směrem k jejímu okraji více a více zrychluje.
Ilustrace působení Coriolisovy síly na těleso kuličky.
Neviditelná nebo, chcete-li zdánlivá, je tato síla proto, že záleží na tom, z jakého pohledu pohyb kuličky posuzujete. Pokud tak činíte ve vztahu k rotujícímu kotouči, pak se kulička pohybuje po zakřivené dráze. Pokud ale neberete kotouč do úvahy, pohybuje se kulička stále v přímém směru. Tímto příkladem lze laicky popsat podstatu Coriolisovy sílu. A přesně taková síla působí i na povrchu naší planety. Jen s tím rozdílem, že oproti síle působící na gramofonové desce, se jedná o sílu působící ve třech dimenzích. A v mnohem větším měřítku.
Sám de Coriolis sice dokázal tuto sílu objevit a popsat. Ve své době ale ještě nemohl dohlédnout všechna možná využití a praktické aplikace svého objevu. Zvláštností proto je, že převedl své znalosti o zákonitostech rotace a vlivech s ní souvisejících sil do jemu blízké a možná poněkud nečekané disciplíny. Do kulečníku. Poučky pro to, jak zahrát bílou koulí správnou faleš, tzv. kopštos, a další rady postavené na fyzikálních zákonitostech, jsou pro vrcholové hráče platné dodnes. De Coriolis je sepsal v díle s názvem Matematická teorie kulečníku už v roce 1835.
Gaspard de Coriolis, vědec, který odhalil skryté síly, které vznikají u rotujících těles
Jak ostřelovali Paříž
Dnes už víme, že souvztažnost rotace a s ní souvisejících sil se dá využít v celé další škále odvětví a disciplín. Ta nejzajímavější využití pak samozřejmě souvisí s rotací země. Naše planeta se otáčí okolo své osy podobně, jako se ona gramofonová deska otáčela okolo vřetena gramofonu. A stejně jako deska, se i země otáčí jinou rychlostí u pólů, kde daný bod oběhne za 24 hodin mnohem kratší trasu, než na rovníku, kde musí jiný bod za stejný čas oběhnout dráhu dlouhou zhruba 40 tisíc kilometrů.
Tyto rozdíly mezi pomalou rotací u pólů a rychlou u rovníku působí na zemskou atmosféru, na světová moře a oceány a na všechna tělesa v nich se nacházející. Je to úplně stejné, jako v případě té malé kuličky na příkladu výše. Jen v mnohem větším měřítku. Tak velkém, že aby se o tom člověk na vlastní kůži přesvědčil, musel sestrojit hrozivě vyhlížející stroj.
Při jarní ofenzívě u Paříže roku 1918 se Německé jednotky spoléhaly na tajnou zbraň. Děla s ohromným dostřelem. Němcům se podařilo dopravit monstrózní zbraně na vzdálenost asi 120 km od francouzské metropole. Bylo to na hranici dostřelu a útočníci počítali každý metr. Z městečka Crépy létaly projektily na Paříž jihozápadním směrem. Každý z nich strávil ve vzduchu skoro tři minuty.
Jedno z obřích děl, které Němci použili při ostřelování Paříže při jarní ofenzívě roku 1918.
Byl to dostatečně dlouhý let na to, aby do přesnosti ostřelování promluvila rotace Země. Ačkoliv to může znít neuvěřitelně, tak z důvodu toho, že Němci stříleli jihozápadním směrem, „prodlužovala“ rotace naší planety dostřel jejich děl. A to o ne zcela zanedbatelných 600 metrů.
Dá trochu práce si to představit, ale zjednodušeně lze říci, že zatímco místo, odkud Němci stříleli, urazilo při rotaci Země za dobu letu střely určitou vzdálenost, místo dopadu urazilo za stejný čas vzdálenost delší. Střely navíc byly velmi těžké a létaly ve velkých výškách s řídkým ovzduším. Faktor větru proto nebyl tak dramatický. A tak, jelikož děla mířila na jihozápad, fakticky je Coriloisova síla k Paříži „přibližovala“. Je smutnou ironií, že Němcům dopomohla k ničení Paříže zrovna síla pojmenovaná po jednom z věhlasných francouzských vědců, jehož jméno najdeme vytesáno na jihozápadní straně Eiffelovy věže.
Jednalo se zřejmě o první aplikaci Coriolisovy síly v dějinách vojenství a balistiky. Dnes - době dálkově naváděných střel - už Coriolisův efekt ustupuje do pozadí. Přesto s ním odborníci na balistiku musí stále pracovat. Jeho důsledky ale můžeme pozorovat i my, kterým balistika nic neříká.
Zrádné tlakové výše
Stačí si zapnout předpověď počasí. Pokud ji pravidelně sledujete v televizi nebo třeba rádi pozorujete bouřkové zpravodajství na internetu, můžete si všimnout zajímavého jevu. Všechny bouřky se točí ve spirále stejným směrem. Na severní polokouli je to vždy proti směru hodinových ručiček. Je to proto, že vznikají v oblastech nízkého tlaku vzduchu, který „nacucává“ bouřková mračna z rozlehlého okolí.
„Zrychlená“ rotace zeměkoule pak mraky proudící do oblasti nízkého tlaku ze severu stáčí východním směrem. Naopak mračna putující od jihu směřují dále na severu západním směrem, neboť se dostávají do oblasti, kde se rotace Země zpomaluje.
Díky tomu vznikají cyklóny podobné těm na úvodním obrázku tohoto článku.
V případě oblastí vysokého tlaku vzduchu u tzv. anticyklón je tomu obráceně. K opačné rotaci u nich dochází právě proto, že větry směřují z centra s vyšším tlakem vzduchu směrem ven. Anticyklóna, která „vypouští“ větrná proudění ze svého středu, se proto na severní polokouli točí po směru hodinových ručiček.
Anticyclonový bouřkový systém nad Tichým oceánem. Větry proudí směrem ven, celý systém se otáčí po směru hodinových ručiček.
Nutno podotknout, že to, co sledujeme na satelitních snímcích, probíhá v obrovském měřítku. Cyklóny často zabírají plochu několik stovek tisíc čtverečních kilometrů. Rozdíly v rychlosti rotace Země jsou proto veliké a dostatečné na to, aby bouřku „roztočily“. V případě malých rarášků, vzdušných vírů nebo dokonce tornád takové zákonitosti nehledejte. Pracují na tak malém prostoru, že směr jejich otáčení nemohou Coriolisovy síly ovlivnit. To, kterým směrem se točí, je proto dáno místními podmínkami, jako např. zakřivením terénu, prouděním větru, aktuálním vývojem počasí, atd.
Podobný příklad najdeme i v dopravě. Zatímco v případě moderních dopravních letadel jsou autopiloti nastavení tak, aby sami kompenzovali odchýlení z trasy způsobené Coriolisovou silou, kapitáni přívozu na Lipně nic takového řešit nemusí. Jejich rychlosti a vzdálenosti nejsou dostatečně velké na to, aby se v jejich případě projevil vliv rotace planety.
Ale u mě doma je to jinak
Toto srovnání nás přivádí zpět k onomu pokusu od rovníku.
Podobně, jako nemohou Coriolisovy síly ovlivnit směr rotace rarášků nebo plavbu na Lipně, nedosáhne jejich vliv ani do misek s vodou na rovníku. Rozdíl v rotaci Země je na tak malém prostoru jednoduše neznatelný.
A jestli se teď mezi čtenáři našel nějaký aktivní badatel, který po přečtení článku zamířil k dřezu nebo k umyvadlu, naplnil jej vodou a s pomocí párátka nebo brčka zkoušel, jestli se vír opravdu bude točit proti směru hodinových ručiček, nejspíše se k obrazovce vrátil zklamaný. Coriolisova síla je totiž v tomto měřítku tak malá, že ji snadno přetlačí už i samotný tvar odtokové nádoby nebo sklon její výpustě.
Proto se může snadno přihodit, že se u vás v kuchyni nebo v koupelně nebude ono párátko nebo brčko otáčet vůbec. Nebo se bude točit obráceně. Anebo třeba pokaždé jinak, podle toho, jakým proudem pustíte vodu nebo jakým směrem hrábnete do dřezu, abyste uvolnili špunt. Ale nevěšte hlavu, i ti slavní průvodci na rovníku se často jistí tím, že na každé polokouli mají odlišnou nádobu, která zaručuje „správný“ výsledek jejich pokusu. Správný v uvozovkách proto, že někteří méně zkušení vědátoři často ony nádoby prohodí tak, že se pak vír otáčí obráceně, než by podle Coriolisovy síly měl. Krásně si toho lze všimnout u pokusu na první pohled přesvědčivého ugandského průvodce níže.
Kvůli tomuto experimentu tak rovník navštěvovat nemusíte. A pokud se přece jen toužíte pokochat efektem Coriolisovy síly, stačí si zapnout satelitní předpověď. V obrovském měřítku naší atmosféry, kde těmto silám nestojí nic v cestě, můžeme v plné parádě sledovat, jak rotace naší Země zakřivuje větrná proudění, roztáčí bouřková mračna nebo pomáhá tvořit ohromné cyklóny.
Zdroje:
https://www.historynet.com/paris-under-the-gun/
https://www.meteocentrum.cz/meteorologie/cyklony-a-anticyklony
https://www.sciencefocus.com/planet-earth/why-do-low-pressure-systems-turn-anticlockwise
https://www.nsta.org/journals/science-and-children/science-and-children-february-2019/why-does-water-swirl-when-it-goes
https://www.prirodovedci.cz/zeptejte-se-prirodovedcu/5299
https://www.converter.cz/fyzici/coriolis.htm
