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立体两功能流体科氏惯性力实验仪的制作——公式推导及设计方法概述摘要：本文阐述了科氏加速度理论推导的三种方法.介绍了目前国内各高校设计制作的各种科氏加速度实验仪及其特点和创新点。
论述了立体两功能流体科氏加速度实验仪的设计制作方法及基本技术参数，并依据实验结果对科氏定理的进行了分析和论证，用实验直观的演示了各种科氏惯性力的作用结果，为科氏惯性力理论的建立提供了实验演示仪器。
关键词:科氏惯性力；实验仪；设计；制作The manufacture of stereo and twofunctional fluid Coriolis inertial forceexperimental instrument——Formula and design method ABSTRACT:This paper describes three methods of theoretical derivation of the Coriolis acceleration. Domestic colleges and universities design Coriolis acceleration experiment instrument and its features and innovation. Discusses the three-dimensional two-function fluid Coriolis acceleration experimental instrument design methods and basic technical parameters, based on experimental results were analyzed and the theorem of Coriolis argument, intuitive experiments demonstrated the role of the various Coriolis inertial force provide an experimental demonstration instrument for the establishment of the Coriolis inertial force theory.KEY WORDS: Corioles inertial force; experimental instrument; design; manufacture目录1.前言 (1)1.1问题的提出 (1)1.2科氏加速度的发现及科氏惯性力对人类生活的现象 (1)1.3本次毕业设计的目的和现实意义 (3)2.科氏加速度的概述 (5)2.1科氏加速度的产生 (5)2.2科氏加速度的理论推导 (6)2.3科氏加速度的判别方法 (9)3.科氏加速度演示仪的种类 (11)3.1国内其他兄弟院校科氏加速度实验情况介绍 (11)3.2我院自主设计制作的科氏加速度演示仪 (12)4.立体两功能流体科氏惯性力实验仪 (22)4.1工作原理 (22)4.2整体结构设计 (22)4.3实验仪的技术参数 (24)4.4实验步骤及现象 (24)参考文献 (29)致谢 (30)外文翻译 (31)中文译文 (38)附件 (43)1.前言1.1问题的提出《理论力学》对机械工程专业是一门重要的、理论性较强的技术基础课。
机械原理科氏力存在的判定科氏力是一种在旋转体系中产生的力。
它是根据机械原理中的科氏定理而得出的。
在本文中，我们将深入探讨机械原理以及科氏力的存在判定。
一、机械原理的概述机械原理是研究力的作用和物体运动的规律的科学理论。
它提供了一种解释物体运动的框架，并通过力的平衡和作用原理进行分析。
机械原理可以帮助我们理解各种物理现象，包括力的产生和作用，运动的轨迹以及各种机械装置的工作原理。
二、科氏力的存在判定科氏力存在的判定是一个重要的问题，在科学界引起了广泛的讨论。
科氏力是旋转体系中的一种惯性力，它的作用是使运动的物体在相对旋转体系中产生向心力。
科氏力的存在对于理解和解释旋转体系中的物体运动非常重要。
科氏力的存在判定可以通过以下几个方面进行评估：1. 旋转体系：我们需要明确讨论的是一个旋转的体系。
这可以是一个旋转的圆盘、车轮或其他旋转物体。
在这个旋转体系中存在着一个固定的坐标系，我们需要在此基础上进行分析。
2. 陀螺仪实验：陀螺仪实验是判断科氏力存在的重要实验之一。
在实验中，通过将陀螺仪置于水平旋转的平台上，我们可以观察到陀螺仪的运动会出现偏转。
这种偏转是由科氏力引起的。
通过这个实验可以验证科氏力的存在。
3. 矢量分析：利用矢量分析的方法，我们可以通过分析速度和加速度的矢量关系来判断科氏力是否存在。
在一个旋转体系中，物体的速度和加速度与非旋转体系中的运动存在一定的关系。
通过对这些矢量关系的分析，我们可以得出科氏力的存在与否。
4. 数学推导：科氏力的存在也可以通过数学推导来证明。
利用旋转坐标系下的运动方程和科氏定理，可以得出科氏力与物体的质量、速度和旋转角度等因素有关的数学表达式。
这个数学推导的过程可以进一步证明科氏力的存在。
三、个人观点和理解对于机械原理和科氏力的存在判定，我持支持的观点。
机械原理是一个重要的学科，它帮助我们理解物体运动的本质和规律。
科氏力作为机械原理的一部分，对于解释旋转体系中的物体运动非常有帮助。
科氏定理和科里奥利力科氏定理和科里奥利力是物理学中两个重要的概念和定理。
科氏定理描述了在一个匀速运动的液体中，流动物体所受的力与液体速度的关系；科里奥利力则描述了在液体中运动的物体所受到的旋转力。
首先来看科氏定理。
科氏定理是由法国物理学家安东尼·科氏在19世纪提出的，它描述了一个在匀速运动的液体中运动的物体所受到的力与液体速度之间的关系。
根据科氏定理，当一个物体在液体中运动时，它所受到的合力与它的速度方向垂直，并且与液体速度的大小成正比。
这个合力被称为科氏力，它使物体在液体中产生一个向外的离心力，可以用来解释一些现象，比如飞机在飞行时的升力和鱼在水中游动的力。
科氏定理的应用非常广泛。
在航空航天领域，科氏定理可以用来解释飞机在飞行时产生的升力，从而使飞机能够在空中飞行。
在水下运动中，科氏定理可以解释一些现象，比如鱼在水中游动时的姿势和鲨鱼在水中追逐猎物时的攻击方式。
此外，科氏定理还可以应用在涡轮机、液压机械和水泵等领域。
接下来我们来讨论科里奥利力。
科里奥利力是由法国物理学家盖·科里奥利在19世纪提出的，它描述了一个在液体中运动的物体所受到的旋转力。
根据科里奥利力的原理，当一个物体在液体中运动时，它会受到一个与物体速度方向垂直的力，这个力会使物体产生一个旋转的力矩。
科里奥利力可以解释一些现象，比如旋转物体的稳定性和旋转流体的形成。
科里奥利力在很多领域都有应用。
在工程领域，科里奥利力可以用来解释旋转机械的运行原理，比如离心泵和涡轮机。
在天文学中，科里奥利力可以解释行星和恒星的自转现象。
在地理学中，科里奥利力可以解释地球上大气和水流的旋转现象，比如飓风的形成和洋流的运动。
科氏定理和科里奥利力都是基于流体力学研究的重要成果，它们揭示了物体在液体中运动时所受到的力和力矩的规律。
科氏定理描述了物体在匀速运动的液体中所受到的力与液体速度的关系，科里奥利力描述了物体在液体中运动时所受到的旋转力。
科里奥利力浅析1科里奥利力的发现史科里奥利力（Coriolis force ）有些地方也称作哥里奥利力，简称为科氏力，是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。
科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性。
旋转体系中质点的直线运动科里奥利力是以牛顿力学为基础的。
1835年，法国气象学家科里奥利提出，为了描述旋转体系的运动，需要在运动方程中引入一个假想的力，这就是科里奥利力。
引入科里奥利力之后，人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理旋转体系中的运动方程，大大简化了旋系的处理方式。
由于人类生活的地球本身就是一个巨大的旋转体系，因而科里奥利力很快在流体运动领域取得了成功的应用。
2科里奥利力产生的原因2.1定义当运动物体距地球自转轴的距离发生变化时，运动物体要保持因随地球自转而获得的角动量守恒，就会相对于地球发生纬向偏转，好像受到某种力的作用，这种力就叫科里奥利力，简称科氏力。
【第二科里奥利力】科里奥利力实质上是一种惯性力。
2.2科里奥利力理论推导我们不妨将地球系统简化为如下模型，设平面参考系's 以角速度ω绕垂直与自身的轴转动，在这个参考系上取坐标系O xy -，它的原点和静止坐标系s 原点O 重合，并且绕着通过O 点并垂直与平板的直线（即z 轴）以角速度ωv转动。
令单位矢量i v 、j v 固着在平板上的x 轴及y 轴上，并以同以角速度ωv 和平板一同转动。
ωv矢量既然在z 轴上，所以我们可以把它写为k ωω=v v ，如果P 为在平板上运动着的一个质点，则P 的位矢为 ωωθ图1.1r x i yj =+v v v （1）因质点P 和坐标轴都随着平板以相同的角速度转动，且ωv的量值为θ&，故由式（1），得 ,d i d j j i d t d t ωω==-v v v v （2） 由式（1）对时间t 的微商后，得质点P 对静止坐标系s 的速度为()()d rd i d j d k v x i yj zk x y z x y i y x j d t d t d t d t ωω==+++++=-++v v v v v v v v v &&&&&&（3） 对（3）式微分得p 点相对于精致坐标系s 的加速度为 22(2)(2)d v a x y x i y x y j yi xj d tωωωωωω==--++--+v v v v v &&&&&&&&&（4） 上式中的x 及y 为质点p 对转动参考系s '的轴向加速度分量，其合成为a '，它是相对加速度，2x i ω-v 及2x j ω-v 的合成力为2r ω-v ，沿矢径指向O 点，是由于平板以角速度w 转动所引起的向心加速度；而y i x j r ωωω-+=⨯v v v &&&则是由于平板作变角速度转动所引起的，所以应为牵连加速度。
質點的位置會有所變化，而它原有的運動趨勢的方向，如果以旋轉體系的視角去觀察，就會發生一定程度的偏離。
如右圖所示，當一個質點相對於慣性系做直線運動時，相對於旋轉體系，其軌跡是一條曲線。
立足於旋轉體系，我們認為有一個力驅使質點運動軌跡形成曲線，這個力就是科里奧利力。
根據牛頓力學的理論，以旋轉體系為參照系，這種質點的直線運動偏離原有方向的傾向被歸結為一個外加力的作用，這就是科里奧利力。
從物理學的角度考慮，科里奧利力與離心力一樣，都不是真實存在的力，而是慣性作用在非慣性系內的體現。
科里奧利力的計算公式如下:式中為科里奧利力；為質點的質量；為質點的運動速度；為旋轉體系的角速度；表示兩個地球表面不同纬度的地区接受阳光照射的量不同，从而影响大气的流动，在地球表面延纬度方向形成了一系列气压带，如所谓“极地高气压带”、“副极地低气压带”、“副热带高气压带”等。
在这些气压带压力差的驱动下，空气会沿着经度方向发生移动，而这种沿经度方向的移动可以看作质点在旋转体系中的直线运动，会受到科里奥利力的影响发生偏转。
由科里奥利力的计算公式不难看出，在北半球大气流动会向右偏转，南半球大气流动会向左偏转，在科里奥利力、大气压差和地表摩擦力的共同作用下，原本正南北向的大气流动变成东北－西南或东南－西北向的大气流动。
随着季节的变化，地球表面沿纬度方向的气压带会发生南北漂移，于是在一些地方的风向就会发生季节性的变化，即所谓季风。
當然，這也必須牽涉到海陸比熱差異所導致氣壓的不同。
科里奥利力使得季风的方向发生一定偏移，产生东西向的移动因素，而历史上人类依靠风力推动的航海，很大程度上集中于延纬度方向，季风的存在为人类的航海创造了极大的便利，因而也被称为贸易风。
[编辑]熱帶氣旋熱帶氣旋(北太平洋上出現的稱為颱風)的形成也受到科里奥利力的影响。
驱动熱帶氣旋运动的原动力一个低气压中心与周围大气的压力差，周围大气中的空气在压力差的驱动下向低气压中心定向移动，这种移动受到科里奥利力的影响而发生偏转，从而形成旋转的气流，这种旋转在北半球沿着逆时针方向而在南半球沿着顺时针方向，由于旋转的作用，低气压中心得以长时间保持。
科氏力原理
科氏力（Coriolis force），又称柯氏力，是一种在转动的坐标系中为了解释运动物体由于坐标转动发生偏转的现象而引入的虚构力。
它主要来自于物体运动所具有的惯性，并且只改变运动物体的速度方向，不改变速度大小。
科氏力实际上并不存在，而是惯性效应在非惯性系内（如旋转系统）的体现。
科氏力的计算公式为F=mvw，其中F为科氏力，m为质点的质量，v 为质点的运动速度，w为旋转体系的角速度*，表示两个向量的外积符号。
当物体运动方向与旋转轴方向平行时，科氏力为零。
科氏力的方向可以通过右手定则来判断：右手（除大拇指外）手指指向（非惯性系中）物体运动方向，再将四指绕向角速度方向，拇指所指方向即科氏力方向。
科氏力在日常生活和许多科学领域中都有重要的应用，例如，在气象学中，季风的方向在科氏力的作用下会发生一定偏移。
在工程技术中，科氏力也被广泛应用于角速度测量和质量流量计的制造中。
科氏力成因：非惯性系坐标系统下产生的附加作用力。
如图所示，
设在距圆心为r 的时刻，径向速度为v 沿Y 轴正向，切向速度为r ω沿轴X 正向。
此时，
X 轴的速度为0x v =r ω，
Y 轴的速度为0y v v =，
则经历短暂时间dt 后，转盘转动角度=t θω，
X 轴的速度为x v =()()()sin cos v dt r vdt dt ωωω++，
Y 轴的速度为
()()()cos sin y v v dt r vdt dt ωωω=++， 方法一：因为dt 是极小量，故()sin dt dt ωω=，()cos 1dt ω=，上两式变为 X 轴的速度为x v =()v dt r vdt ωω++，
Y 轴的速度为()y v v r vdt dt ωω=
++， 故有
X 轴加速度为()02x x x v dt r vdt r v v a v dt dt
ωωωω++−−===， Y 轴加速度为()()0222y y y v v v r vdt dt v a r vdt r O dt dt dt
ωωωωω−++−===+=+。
方法二：直接求极限，
X 轴加速度为()()()00
0sin cos 2lim lim x x x dt dt v dt r vdt dt r v v a v dt dt ωωωωω→→++−−===， Y 轴加速度为()()()0200cos sin lim lim y y y dt dt v v v dt r vdt dt a r dt dt ωωωω→→−++=
==。
切向加速度x a 即为科氏加速度，柯氏力2F m v ω=，当转动角速度矢量ω与质点线速度v 不垂直时，应将速度v 往垂直于ω的方向作投影，设夹角,v ωθ→→=，投影量为sin v θ，此时科氏力为2sin 2F m v m v ωθω→→==×切，
此外仍有径向向心加速度2y a r ω=，向心力2F m r ω=向。
