Сила кориолиса это кратко

Обновлено: 07.07.2024

Во время изучения траекторий полета снарядов на дальние расстояния или при исследовании глобальных процессов, происходящих с океанами и атмосферой, необходимо учитывать влияние так называемой силы Кориолиса. В данной статье рассмотрим, что она собой представляет и как вычисляется.

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета

Прежде чем приступить к вопросу, что такое кориолисова сила, напомним, что в физике существует два типа систем, относительно которых рассматриваются все законы механического движения.

Инерциальные - это такие системы, в которых законы механики Ньютона выполняются точно. Они либо находятся в состоянии покоя, либо движутся прямолинейно и равномерно.

Неинерциальные - это системы отсчета, которые перемещаются ускоренно. Причем ускорение может быть как линейным, так и угловым или центростремительным. В этих системах законы Ньютона не выполняются, поскольку появляются фиктивные силы, то есть такие, которые не вызваны каким-либо воздействием, а связаны с инерционными свойствами тел. Сила, которую мы рассмотрим в статье, как раз и является фиктивной.

Что такое сила Кориолиса, и когда она возникает?

Под кориолисовой понимают фиктивную силу, которая действует на тело, движущееся в неинерциальной системе отсчета, в частности, во вращающейся. Чаще всего это понятие связывают с нашей планетой. Однако в любой системе, которая вращается вокруг некоторой оси, присутствует эта сила.

Кориолисова сила отличается от центробежной, которая также является фиктивной. Действительно, центробежная сила стремится сдвинуть тело от оси вращения системы. Чтобы тело находилось в состоянии покоя, необходимо наличие противоположной ей силы - центростремительной. Она уже является настоящей. Сила Кориолиса же стремится искривить траекторию перемещения тела, так как в покое не действует.

Названа эта сила в честь французского ученого XIX века Гаспара Кориолиса, который впервые получил формулу для ее вычисления. Кориолисову силу начали учитывать при изучении процессов в мировом океане и атмосфере только с конца XIX-начала XX веков.

Пример с полетом снаряда

Чтобы лучше понять, как себя проявляет сила Кориолиса, приведем следующий простой, но в то же время показательный пример. Предположим, что пушка, которая находится на широте экватора, выполняет выстрел строго по направлению к северному полюсу. Пусть место ее расположения - n меридиан. Если бы наша планета не вращалась с запада на восток, то ядро упало строго бы на n меридиане в Северном полушарии. Однако из-за суточного вращения планеты оказывается, что ядро падает на m меридиане, который находится восточнее, чем n, то есть m>n. Сила, которая привела к изменению траектории полета юг-север ядра, называется кориолисовой.

Объяснить описанный эффект несложно. Дело в том, что экваториальные широты, ввиду шарообразной формы Земли, вращаются с более высокой линейной скоростью, чем широты Северного и Южного полушарий. Когда снаряд, который вылетел с низких широт, оказывается в высоких, то он по инерции движется с более высокой скоростью на восток, чем воздушные массы этих широт. Данный факт приводит к указанному отклонению снаряда от прямой траектории.

Компоненты изучаемой силы

Теперь рассмотрим, из каких компонент состоит кориолисова сила. Предположим, что у нас имеется вращающийся вокруг вертикальной оси горизонтальный диск. На нем лежит тело некоторой массы. Существуют три разные возможности движения тела в данной системе в соответствии с трехмерностью пространства:

Если тело перемещается вертикально вверх (вниз), то есть параллельно оси вращения, то на него действует только центробежная сила. Иными словами, данное направление движения не вносит вклад в появление силы Кориолиса.
Если тело перемещается в радиальном направлении, то есть приближается или удаляется от оси, то возникает кориолисова тангенциальная сила. Она направлена по касательной к траектории вращения. Более конкретное направление зависит от направления вращения и движения тела к оси или от нее.
Если тело движется вдоль окружности, то есть у него появляется дополнительная относительно вращения тангенциальная компонента скорости. В этом случае также возникает кориолисова сила, которая будет стремиться либо приблизить тело к оси, либо удалить его от нее.

Таким образом, существуют две компоненты изучаемой силы: радиальная и касательная.

Формула силы

В данной статье не будем приводить все математические выкладки, чтобы получить формулу силы Кориолиса, а сразу приведем соответствующее выражение:

Здесь m - масса тела, ω и v - угловая скорость вращения системы и линейная скорость движения тела во вращающейся системе, соответственно. В квадратных скобках стоит векторное произведение скоростей. Это означает, что направление силы F всегда будет перпендикулярно оси вращения и вектору v. Например, во время перемещения снаряда в атмосфере нашей планеты кориолисова сила всегда направлена перпендикулярно его скорости - вправо от нее.

Записанная формула может быть получена, если рассмотреть закон сохранения момента импульса, а также применить формулу для определения центростремительного ускорения.

Влияние эффекта Кориолиса на земные процессы

Как выше было выяснено на примере полета снаряда в направлении Северного полушария, сила Кориолиса приводит к его смещению в восточном направлении. В ту же сторону будет смещаться тело при движении от экватора к Южному полюсу. Если же движение объекта противоположно указанным направлениям, то и влияние эффекта Кориолиса окажется противоположным.

Рассматриваемая сила оказывает большое влияние на изменение направлений океанических течений и движение воздушных масс. Например, течение Гольфстрим, которое обогревает своими теплыми водами западные берега Европы, в действительности берет начало по другую сторону Атлантического океана, в Мексиканском заливе. Оно пересекает океан с запада на восток, благодаря влиянию кориолисовой силы.

Еще одним известным примером действия рассматриваемой силы являются ветры пассаты. Как известно, они дуют в западном направлении в экваториальных широтах. Происходит это потому, что движущиеся к экватору воздушные массы из полушарий планеты отклоняются в западном направлении, подобно описанному выше полету снаряда.

Эффект Эотвоса (Eötvös effect)

Данный эффект заключается в уменьшении веса тела либо в его увеличении в зависимости от направления движения тела на Земле. Суть эффекта заключается в следующем: когда тело с большой скоростью движется строго на восток, то оно испытывает влияние кориолисовой силы, направленной от земной оси вращения. Поскольку сила гравитационного взаимодействия направлена вертикально вниз, то эффект Кориолиса приведет к уменьшению веса тела. Аналогичные рассуждения позволяют объяснить увеличение веса тела при его движении в западном направлении.

Пример задачи из баллистики

Пушка выстрелила ядро в северном направлении. Оно летело в течение 1 минуты. Его средняя горизонтальная скорость составляла 600 м/с. Необходимо определить расстояние, на которое отклонилось ядро, если выстрел произведен на широте 45 o .

Для начала рассчитаем кориолисово ускорение. Сделать это можно по следующей формуле:

Появившаяся функция синуса учитывает радиальную скорость приближения ядра к оси вращения Земли. Несложно рассчитать, что для нашей планеты ω = 7,3*10 -5 рад/с. Тогда получаем:

Расстояние, на которое сместится ядро, будет равно:

Из этого результата видно, что эффект Кориолиса является существенным при определении траекторий полета снарядов в баллистике.

В предыдущем параграфе было рассмотрено тело, неподвижное во вращающейся системе отсчета. Если во вращающейся системе отсчета тело движется, то, помимо центробежной силы, на него будет действовать ещё одна сила инерции, называемая силой Кориолиса или кориолисовой силой инерции.

Пусть шарик массой движется без трения вдоль радиуса диска (рис. 8.5) с постоянной скоростью , направленной в некую точку на краю диска.

Рис. 8.5. Отклонение шарика, движущегося во вращающейся системе отсчета

Если диск не вращается, то шарик движется по радиусу и попадает в точку . Если же диск привести во вращение с угловой скоростью , то к моменту достижения шариком края диска на месте точки окажется другая точка . Если шарик оставляет след, то он прочертит свою траекторию относительно диска — кривую линию . При этом на шарик не действуют никакие видимые силы, и относительно инерциальной системы он по-прежнему движется с постоянной скоростью . Скорость же шарика относительно диска изменяла свое направление. Значит, в системе отсчета, связанной с вращающимся диском, на шарик действовала сила инерции, не параллельная скорости . Стало быть, она не была направлена по радиусу, откуда следует, что эта сила отлична от рассмотренной выше центробежной силы инерции. Ее и называют силой Кориолиса.

Рис. 8.6 Движение шарика по гладкой поверхности вращающегося диска. Сверху — с точки зрения внешнего наблюдателя. Снизу — с точки зрения наблюдателя, неподвижного относительно диска

Дополнительная информация

Найдем выражение для силы Кориолиса в частном случае (рис. 8.7), когда частица массой движется относительно вращающейся системы отсчета К' равномерно по окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной к оси вращения , с центром на оси вращения.

Рис. 8.7. К выводу выражения для силы Кориолиса

Скорость частицы относительно вращающейся системы К' обозначим через . В неподвижной (инерциальной) системе отсчета К частица также движется по окружности, но ее линейная скорость равна

где — угловая скорость вращающейся системы, — радиус окружности. Для того, чтобы частица двигалась относительно неподвижной системы отсчета K по окружности со скоростью , на нее должна действовать направленная к центру окружности сила (например, натяжение нити), причем величина этой силы равна

Относительно вращающейся системы отсчета K' в этом случае частица движется с ускорением

Из полученного выше уравнения второго закона Ньютона для частицы получаем:

Слева стоит произведение массы на ускорение частицы во вращающейся системе отсчета. Значит, справа должны стоять силы, на нее действующие. Первое слагаемое понятно: это сила натяжения нити, которая одинакова как для инерциальной, так и для неинерциальной систем. С третьим слагаемым мы тоже уже имели дело: это направленная по радиусу (от центра) центробежная сила инерции. Второе слагаемое и есть сила Кориолиса. В данном случае она также направлена от центра, но зависит от скорости частицы. Модуль кориолисовой силы в этом примере равен . Ее направление совпадает с движением штопора, ручка которого поворачивается от вектора скорости к вектору угловой скорости .

Можно показать, что в общем случае сила Кориолиса определяется как

Сила Кориолиса ортогональна вектору скорости. В случае радиального движения, показанного на рис. 8.5, она отклоняла шарик направо, вынуждая его двигаться по траектории .

Возникновение силы Кориолиса при движении тела относительно вращающейся системы отсчета демонстрируется в опыте на рис. 8.6.

Дополнительная информация

Сила Кориолиса действует только на тела, движущиеся относительно вращающейся системы отсчета, например, относительно Земли. Приведем некоторые примеры.

Рис. 8.8. Сила Кориолиса на поверхности Земного шара

В северном полушарии наблюдается более сильное подмывание правых берегов рек, правые рельсы железнодорожных путей по движению изнашиваются быстрее, чем левые, а циклоны вращаются по часовой стрелке. В южном же полушарии все происходит наоборот.

При выстреле из орудия, направленного на север, снаряд будет отклоняться к востоку в северном полушарии и к западу — в южном (рис. 8.9).

Рис. 8.9. На Земле движущиеся тела отклоняются направо в северном полушарии, и налево в южном

При стрельбе вдоль экватора силы Кориолиса будут прижимать снаряд к земле, если выстрел произведен на запад, и поднимать его кверху, если выстрел произведен в восточном направлении.

Видео 8.9. Сила Кориолиса: попробуй, попади! Стрельба на вращающейся платформе.

Пример. Поезд массой = 150 тонн идет в меридиональном направлении на север со скоростью = 72 км/ч. Найдем, чему равна кориолисова сила, прижимающая его в боковом направлении к рельсам, и определим, каков эффект действия центробежной силы. Поезд находится на широте Москвы = 56°.

Угол между вектором угловой скорости суточного вращения Земли и касательной к меридиану равен широте места (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Кориолисова сила направлена от нас перпендикулярно плоскости рисунка

Поэтому кориолисова сила равна

Подставляя числовые данные, находим

Эта сила соответствует весу массы

и составляет от веса поезда.

Расстояние поезда от оси вращения Земли равно , так что центробежная сила будет

Направлена она по перпендикуляру к оси вращения. Следовательно, ее составляющая

направленная вдоль радиуса Земли, уменьшает вес поезда:

Подставляя числовые данные, получаем

Это соответствует весу массы

и составляет 1,1·10 –3 от веса поезда.

Другая составляющая центробежной силы

направлена по касательной к меридиану и тормозит поезд. Она равна

что соответствует весу массы

и составляет 1,6·10 –3 от веса поезда.

Таким образом, влияние центробежной силы проявляется в десятых долях процента, а проявления кориолисовой силы — на порядок меньше (что связано, разумеется, с небольшой скоростью поезда).

Французский физик Фуко экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Подобный маятник до недавнего времени можно было увидеть в Петербурге в Исаакиевском соборе.

Рис. 8.11. Маятник Фуко

Колебания маятника Фуко зависят от того, как они были возбуждены. Если маятник отклонить на максимальный угол, а затем отпустить его без начальной скорости, то маятник будет колебаться, как изображено на рис. 10. Скорость движения маятника в положении максимального отклонения будет равна нулю.

Рис. 8.12. Колебания маятника Фуко при отклонении на максимальный угол и отпускании без начальной скорости

Несколько иной характер траектории получится, если маятник приводится в движение коротким толчком из положения равновесия. Этому случаю соответствует рис. 8.11. и 8.13. Скорость маятника в положении максимального отклонения соответствует скорости вращения Земли на широте наблюдения.

Сила Кориолиса простыми словами: примеры силы Кориолиса Земли в физике и географии на экваторе, влияние, как действует, где наибольшая центробежная сила.

Наверняка, вы уже слышали этот термин, но терялись в догадках, о чем именно идет речь. Если говорить простыми словами, то сила Кориолиса Земли в географии или физике на экваторе – кажущаяся кривизна глобальных ветров, океанических течений и всего, что свободно перемещается по земной поверхности. Вы могли уже догадаться, что кривизна создается вращением оси планеты. Эффект обнаружил Гаспард Кориолис. Он применил математические формулы силы Кориолиса, чтобы расшифровать маршрут любого объекта на движущейся поверхности.

Если бы планета не вращалась, то глобальные ветры путешествовали прямо с севера на юг. В реальности они мчатся по диагонали. Получается, что в северном полушарии ветер искривляется вправо, а в южном – влево. Исключение приходится лишь на системы низкого давления, где присутствует баланс.

При построении мировых карт можно заметить, что спутники перемещаются по изогнутым путям, потому что наша планета сферическая. Выходит, двумерные карты искажают трехмерную поверхность. И это искажение увеличивается с приближением к полюсам. В северном полушарии орбита спутника пройдет от севера к экваториальной линии. Дело в том, что широты на большинстве карт изображаются прямыми линиями. На самом деле, это сферы.

Центробежная сила Кориолиса действует и ее влияние увеличивает значение при вычислении траектории или конечной точки. Особенное значение она принимает, если вы делаете расчеты для запуска ракет или артиллерийского огня.

Сила Кориолиса – важное в метеорологии понятие, при помощи которого можно спрогнозировать маршрут бури или объяснить, почему снаряд не попадет в цель.

Направление вращения этой области низкого давления, вращающейся от Исландии , - против часовой стрелки и обусловлено комбинированным действием силы Кориолиса и градиента давления.

Математическое моделирование с эффектом Кориолиса движения урагана. Просмотр в инерциальной системе отсчета.

Резюме

История

В XV - го века , было известно , что ветры северного полушария образовали петлю поворота вправо ( по часовой стрелке). Португальские мореплаватели, следовавшие вдоль побережья Африки в поисках морского пути в Индию, столкнулись с встречным ветром за пределами экватора . Бартоломеу Диаш считал, что эти ветры также образуют петлю, поворачивающуюся влево (против часовой стрелки). Он использовал эту интуицию, чтобы быстрее сориентироваться на юге Африки и, таким образом, открыл мыс Доброй Надежды .

Астроном-иезуит Джованни Баттиста Риччоли и его помощник Франческо Мария Гримальди описали эффект в 1651 году в Almagestum Novum , заявив, что эффект вращения Земли должен отклонить путь пушечного ядра, выпущенного с севера, на восток. В своем Cursus seu Mundus Mathematicus , опубликованном в 1674 году, Клод Франсуа Миллиет Дешалес , священник-иезуит и противник Коперника, как Риччоли, использует тот факт, что эти отклонения не наблюдаются, как аргумент в пользу того, что Земля не вращается.

Аргумент Кориолиса был основан на анализе работы и потенциальной и кинетической энергии во вращающихся системах. В настоящее время наиболее часто используемая демонстрация силы Кориолиса использует инструменты кинематики .

Определение

Траектория черного шара с постоянной скоростью, если смотреть сверху перед вращающимся диском с красной точкой на краю. Для стороннего наблюдателя это прямая линия (вверху). Для наблюдателя, находящегося в красной точке (внизу), она следует обратной кривой вращения.

В механике Ньютона сила Кориолиса определяется как фиктивная сила, или инерциальная , на основании того факта, что она существует только потому, что наблюдатель находится в системе отсчета во вращении, тогда как для наблюдателя в системе отсчета Галилея никакая сила не действует. (или инерциальная система отсчета).

Таким образом, анимация справа показывает нам разницу между точкой зрения неподвижного наблюдателя в инерциальной системе отсчета вне системы наверху и точкой зрения наблюдателя, который движется с вращающимся диском в той же системе отсчета на вершине. Нижний. В обоих случаях между черным шаром и диском нет трения и, следовательно, нет реальной силы. В первом случае мяч движется с постоянной скоростью только от центра диска к его краю. Для него здесь нет силы, и мяч движется по прямой.

Во втором случае (красная точка) мяч движется по дуге окружности слева от нее, постоянно меняя направление. Итак, нам нужна сила, чтобы объяснить это смещение. Эта псевдосила и есть сила Кориолиса . Он перпендикулярен оси вращения системы отсчета и вектору скорости движущегося тела. Если тело отклоняется от оси вращения, упражняйтесь в направлении, противоположном вращению. Если тело приближается к оси вращения, выполняйте упражнение в том же направлении, что и вращение. F → ПРОТИВ > _ > F → ПРОТИВ > _ > F → ПРОТИВ > _ >

Векторное представление

Предыдущее определение затрудняет получение точного вида силы Кориолиса. Для этого необходимо непосредственно произвести расчет ускорения в ускоренной референтной метке . Мы пришли к выводу, что это можно представить как перекрестное произведение, используя: F ПРОТИВ → >>>

Однако мы можем умножить угловую скорость на , что дает вектор . Таким образом, этот вектор мгновенного изменения скорости описывает как направление, так и угловую скорость системы отсчета. Ω е → в Икс е > _ > Ω ( т ) → >> Ω ( т ) → >>

ИЛИ Второе определение

Сила Кориолиса и аксиомная сила

На изображении диска и шара, показанного ранее, последний скользит без трения, и во вращающейся рамке присутствует только сила Кориолиса. В случае движения тела по поверхности Земли последняя имеет собственное движение по поверхности земного шара. Он также движется в космосе с вращением планеты, притягиваясь гравитацией . Следовательно, он дополнительно подвергается другой фиктивной силе, называемой силой инерции привода . Два суммируются:

Геофизические приложения

Сила Кориолиса позволяет интерпретировать многие явления на поверхности Земли . Действительно, Земля вращается сама по себе, и это движение создает силу Кориолиса на телах на ее поверхности. Чтобы правильно рассчитать силу Кориолиса, необходимо использовать длину звездных суток, которая соответствует 23 ч 56 мин 4,09 с . Вычисляем угловую скорость вращения Земли на самой себе: Т s я d е р в л > Ω Т >

Ω Т знак равно 2 π Т s я d е р в л знак равно 7 , 2921,10 - 5 р в d . s - 1 = >> = 7,2921,10 ^ рад.с ^ >

Примерами проявления силы Кориолиса на Земле являются движение воздушных масс и циклонов , отклонение траектории полета дальнобойных снарядов ( см. Паризер Канонен ), изменение плоскости движения маятника, показанное Фуко. в своем эксперименте с маятником Фуко в 1851 году в Пантеоне в Париже , а также небольшое отклонение на восток во время свободного падения .

Кориолис в метеорологии и океанографии

Наиболее важное применение псевдосилы Кориолиса, несомненно, находится в метеорологии и океанографии . Это связано с тем, что крупномасштабные движения атмосферы Земли являются результатом разницы давлений между различными областями атмосферного слоя, но являются достаточно медленными, чтобы смещение из-за вращения Земли влияло на траекторию движения частиц воздуха . Поэтому давайте рассмотрим атмосферную циркуляцию, но те же замечания справедливы и для движения воды в морях .

Параметр Кориолиса

Чтобы упростить вычисления, вы должны сначала определить параметр Кориолиса или частоту как:

В инерционные колебания на поверхности Земли из - за силы Кориолиса происходит при заданной частоте , как , называемая также инерциальная частота , период Кориолиса или период инерции . Это означает, что частица, на которую воздействует только сила Кориолиса, сделает полный круг вокруг своего начального положения с радиусом, где A ₀ - амплитуда своей скорости (раздел баллистики и инерционные круги ). | ж | | ж | р знак равно В 0 | ж | - 1 ^ >

Хождение вокруг депрессии

Диаграмма, показывающая, как ветры отклоняются в циркуляцию против часовой стрелки в северном полушарии вокруг низкого уровня. Сила градиента давления выделена синим цветом, сила Кориолиса - красным, а смещение - черным.

Поток воздуха в массе покоящегося воздуха происходит из областей с высоким давлением в области с низким давлением. Если бы Земля не вращалась, давление воздуха быстро уравнялось бы, и атмосфера быстро стала бы изотропной без подвода тепла. С другой стороны, при разном нагреве на полюсах и на экваторе, который поддерживает разницу давлений, у нас будет вечная циркуляция между этими двумя местами. Эта последняя циркуляция существует около экватора, где эффект Кориолиса становится нулевым, потому что и становится параллельным (см. Ячейки Хэдли ). Ω Т → >>> V → >>

Однако Земля вращается, и, используя определение силы Кориолиса во вращающейся системе отсчета, мы видим, что последняя увеличивается по мере увеличения скорости, полученной с помощью градиента давления, но в перпендикулярном направлении. Это дает отклонение вправо в северном полушарии (влево в южном полушарии) движущегося участка воздуха. Таким образом, циркуляция воздуха будет происходить против часовой стрелки вокруг депрессии и по часовой стрелке вокруг антициклона (северное полушарие). Это геострофический ветер .

На рисунке справа мы видим, как это происходит, если взять четыре стороны света в качестве начала взаимодействия сил. Градиент давления (синие стрелки) инициирует движение воздуха, но сила Кориолиса (красные стрелки) отклоняет его вправо (черные стрелки). Градиент давления регулируется по направлению с этим изменением, а также сила Кориолиса, которая заставляет направление нашего графика непрерывно изменяться. Вскоре градиент давления и сила Кориолиса противостоят, и движение воздуха стабилизируется, следуя траектории, перпендикулярной градиенту и, следовательно, параллельной линиям равного давления ( изобарам ). Фактически, из-за трения , центробежной силы и разницы давлений в какой-либо области равновесие никогда не достигается, и направление всегда будет немного ближе к центру низкого давления (см . Спираль Экмана ).

Впадины, также называемые циклонами , не могут образовываться вблизи экватора, где горизонтальная составляющая силы Кориолиса равна нулю. Таким образом, изменение силы Кориолиса дает разные режимы атмосферной циркуляции в зависимости от широты .

Баллистика и инерционные круги

Другое практическое использование силы Кориолиса - вычисление траектории полета снарядов в атмосфере. После выстрела снаряда или выработки топлива у ракеты, находящейся в суборбитальном полете, ее траектория контролируется только силой тяжести и ветром (когда она находится в атмосфере). Предположим теперь, что мы устраняем отклонение, вызванное ветром. Во вращающейся системе координат, которой является Земля, земля движется по прямолинейной траектории, которую стационарный наблюдатель мог бы видеть в космосе. Итак, для наземного наблюдателя необходимо добавить силу Кориолиса, чтобы знать, где на землю упадет снаряд.

На рисунке справа мы показываем горизонтальную составляющую траектории, по которой тело могло бы двигаться, если бы действовала только сила Кориолиса (она не включает ни вертикальную составляющую полета, ни вертикальную составляющую Кориолиса). Предположим, что тело движется с постоянной скоростью от экватора к Северному полюсу на постоянной высоте от земли, оно претерпевает движение вправо по Кориолису (северное полушарие). Его скорость не меняется, но меняется направление. В новом направлении сила Кориолиса возвращается к прямому углу и заставляет его изгибаться еще больше. Наконец, он делает полный круг за заданное время, которое зависит от его скорости (v) и широты. Радиус этого круга (R) равен:

Трехмерный Кориолис

До сих пор мы рассматривали движения только по горизонтали. Поскольку Земля не плоская, а атмосфера имеет определенную толщину, движения обычно имеют вертикальную составляющую. Таким образом, сила Кориолиса действует не только параллельно поверхности планеты, но и вертикально. Мы можем представить себе, например, сгусток воздуха на поверхности, который будет двигаться в направлении звезды на небосводе в направлении вращения Земли. Когда последний вращается, его поверхность меняет направление относительно этой ориентации, и кажется, что посылка движется вверх, отсюда псевдосила, тянущая ее в этом направлении.

Этот эффект очень слабый, потому что сила Кориолиса имеет короткое время, чтобы действовать, прежде чем воздушный пакет достигнет верхнего или нижнего предела атмосферы, но влияет на определенные объекты, такие как баллистические выстрелы, показанные выше. Если мы посмотрим на эффекты по направлению:

нисходящая воздушная посылка будет немного отклонена на восток;
другой при подъеме будет отклоняться на запад;
движение на восток немного возрастет;
движение на запад немного снизится.

Ошибочные интерпретации

Вода из раковины

Вопреки распространенному мнению , сила Кориолиса из-за вращения земного шара слишком мала, чтобы успеть повлиять на направление вращения потока воды в опорожняемой раковине . Как показали Аршер Шапиро и Ллойд Н. Трефетен , чтобы ощутить такое влияние, необходимо наблюдать стабилизированную водную массу в очень большом круглом бассейне с диаметром порядка не менее нескольких десятков километров для воздействия в сантиметры. В сифоне раковины направление вращения воды зависит от геометрии раковины и микротоков воды, возникающих при ее наполнении или при перемешивании воды. Таким образом, можно исказить результат, придавая импульс воде, как это можно увидеть на некоторых видео, где туристам предлагается опыт на земном экваторе .

Чтобы вычислить горизонтальную составляющую кориолисова ускорения, a , мы используем это соотношение:

Это примерно в 100 000 раз меньше, чем ускорение свободного падения . Таким образом, бассейн опорожняется задолго до того, как почувствуется отклонение из-за Кориолиса. Эксперимент, который легко воспроизвести и демонстрирующий эту точку зрения, представлен по этой теме на сайте Planet Earth . В случае упомянутых выше туристических достопримечательностей широта равна нулю, как и горизонтальная составляющая ускорения Кориолиса. ( грамм знак равно 9 , 81 год м ⋅ s - 2 ) )>

Что касается анекдота, Джордж Гамов пародировал эту предвзятую идею, заявив, что во время поездки в Австралию заметил, что в южном полушарии коровы переваривают жвачку, вращая траву в направлении, противоположном направлению северного полушария.

Торнадо и пыльные вихри

Вращение в торнадо чаще всего происходит против часовой стрелки, но это не из-за Кориолиса. В этом случае вращение вызывается характером ветров в слое воздуха у земли, что приводит к горизонтальному вращению воздуха. Когда сильный восходящий поток грозы вертикализирует это вращение и концентрируется, направление уже определено. Мы все еще находимся в области, где движение воздуха слишком быстрое, чтобы эффект Кориолиса успел оказать влияние.

В случае пылевого вихря начало вращения происходит по разнице горизонтальных ветров. Затем мы создаем вертикальную ось вихря, где центробежная сила уравновешивается силой давления. Частицы имеют слишком высокую скорость и слишком малый радиус, чтобы сила Кориолиса успела подействовать. Наблюдения показали, что вращение в этих вихрях статистически делится поровну на вращение по и против часовой стрелки, независимо от полушария.

Разные

Сила Кориолиса не зависит от кривизны Земли, только от ее вращения и от широты, на которой мы находимся.

Поскольку Земля является почти сферой, двумерные карты обязательно представляют собой проекцию (см., Например, проекцию Меркатора ), которая дает искажение поверхности Земли. Траектория баллистических ракет или снарядов изогнута при нанесении на карту, но полученная кривая представляет собой сумму эффекта Кориолиса, ветра и проекции, которая использовалась для построения карты. Однако последние два обычно более важны, чем отклонение Кориолиса.

Читайте также: