谈谈我理解的科里奥利力
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浅论科里奥利力与漩涡方向的关系谷俊青PB05000805如果大家把澡盆放满水后拔去塞子,仔细观察一下,也许会因为见到的结果各不相同而议论纷纷。
但是在北半球,一般较多的是向左旋的情况。
实际上,在水流出来的时候确实有一股想使它向左旋转的倾向或影响力,总之,在北半球,所有的澡盆里都存在着具有这样作用的自然力。
(20世纪40年代科学家卡皮罗在每次实验后,把污水倒入水槽时发现在漏水口处形成的旋涡总按固定的方向旋转,这个现象引起了他的注意。
于是在水流下时他故意用手指向相反方向搅动,但手离开后旋涡又恢复原来的旋转方向。
这是否与漏水口的形状有关?于是他做了许多不同形状的漏水口,但试验结果总是相同。
他对此困惑不解,于是他到世界各地去做同样的试验,使他大为惊奇的是在南半球水流漩涡的方向与北半球刚好相反,在北半球是逆时针的而在南半球是顺时针的,在赤道附近两种情况几乎各有一半。
卡皮罗喜出望外,他终于找到了结论,在原漩涡的方向与在地球上所处位置有关。
后来人们把这种现象称为卡皮罗现象。
)很容易的,我们想到了科里奥利力。
地球的自转使得在北半球上的物体均受到它的向右作用,由于它的存在,北半球火车由南向北快速行驶时右边轨道上所受的压力要大些,由南向北的河流东岸受冲刷较厉害,而南半球恰恰相反。
这些现象都可用科里奥利力来解释。
不妨设在地球的北半部存在一个盛满温度均匀的水(可以看作其不受热对流的影响)的较大容器,水处于对地球相对静止的状态,空气流动及其它干扰因素均忽略不计:取一小段离塞子(容器下部)最近的一小段水柱,可视其为质点。
当塞子拔掉的瞬间,这段小水柱由于受液体压强的作用,从而有向下运动的趋势。
F分=mgcosθ;从而北半球的物体受到向右的偏向力该水柱受到与斜线方向垂直向右的偏向力:F偏=mrv*ω(此时v很小,接近于0);故一开始放水时,容器内的水受到使其逆时针运转的力。
当其运动一段时间后:令该段小水柱此时向塞口运动的速度为v。
细谈万有引力及科里奥利现象物理系 PB06203110 崔朗 从高中学习物理开始,我就对万有引力产生浓厚的兴趣。
不仅仅是因为那个著名的苹果的故事,还因为那是我最喜欢的物理学家牛顿的最伟大的发现。
而后进入大学,在力学课上我不仅了解到更多的关于万有引力的知识,同时也对另一个力----科里奥利力产生浓厚的兴趣。
于是去多了解了一些关于这两个力的知识。
首先谁最先发现万有引力呢? 有资料表明,万有引力概念由胡克最先提出,但由于胡克在数学方面的造诣远不如牛顿,不能解释行星的椭圆轨道,而牛顿不仅提出了万有引力和距离的平方成正比,而且圆满的解决了行星的椭圆轨道问题,万有引力的优先发现权自然归属牛顿。
但是万有引力发现前的准备,开普勒有着不可磨灭的贡献。
开普勒是德国的天文学家,他把第谷一生观测得到的天文资料经过20年的计算和整理于1609年发表了行星运动的第一、第二定律。
后来又经过十年又发表了行星运动的第三定律。
而我相信万有引力的发现权应属牛顿,因为是他创建了微分学,利用微积分的知识解决了万有引力提出过程中所遇到的问题。
*万有引力定律的建立过程(1)假设:根据开普勒轨道定律,可把行星轨道看作圆形,这样,根据面积定律,行星应作匀速圆周运动,只有向心加速度a=v 2/r ,其中,v 是行星运行速度,r 是圆形轨道的半径。
根据牛顿第二定律: f=ma 故 f=mv 2/r,又v=2πr/T ,由开普勒第三定律r 3/T 2=K (K 叫做开普勒常量)即1/T 2=K/r 3于是 f=4π2mK/r 2 ……①牛顿得到第一个重要结果:如果太阳的引力是行星运动的原因,则这种力应和r 的平方成反比。
平方反比假设的验证:牛顿“苹果落地”的故事广为流传。
故事大意是说,1665-1666年,牛顿从剑桥大学退职回家乡。
一天,他在花园里冥思重力的动力学问题,看到苹果偶然落地,引起他的遐想 在我们能够攀登的最远距离上和最高山颠上,都未发现重力有明显的减弱,这个力必然到 比通常想象的远得多的地方。
科里奥利力与地转偏向力一、问题提出:在中学阶段学习地理知识时我们学到了地转偏向力,认识到地转偏向力是因为地球自转而产生的,是一种能促使地表水平运动物体方向产生偏转的力,而且地转偏向力与科氏力有关.但是当时一直无法理解地转偏向力的实质:地转偏向力是不是就是科里奥利力?还是科里奥利力的水平分量?是不是只有沿经线运动才受地转偏向力影响?在学习了大学物理惯性力的相关知识后我决定对当年的疑问展开探究。
二、两种惯性力: “离心惯性力”与“科里奥利力”牛顿第二定律适用的范围是惯性系. 当地球自转对我们研究的问题影响很小时, 可以认为地面是惯性系. 但地转偏向力的成因恰恰是地球自转造成的, 此时地面为非惯性系. 如果选取地轴作为参考系, 忽略地球公转对问题研究的影响, 地轴可近似认为是惯性系. 而地面是相对于惯性系做匀速转动的非惯性系.在非惯性系中, 牛顿第二定律是不成立的. 如果要在非惯性系中继续应用牛顿第二定律来研究问题,则需要人为引入惯性力. 而离心惯性力、科里奥利力都是惯性力.由图可知,离心惯性力是沿半径方向背离圆心的, 而科里奥利力沿切线方向, 与参考系旋转方向相反. 两种惯性力根本不同, 而在中学地学的学习过程中我们常常把二者混为一谈。
三、沿经线运动的物体所受地转偏向力北半球某物体沿经线由A 点向B 点运动, 在物体运动期间A、B 两点随地球自转移动到A ′B ′位置; 从A 点到B 点地面上各自转线速度( 沿纬线方向速度)逐渐增大, 而物体沿纬线方向的速度始终保持在 A 点处时的大小,因此物体移动过程中将不断落后, 向右偏离原来所在经线, 最后到达B’点右侧的某一位置. 反过来, 如果物体沿经线由B 点向A 点运动,由于从B 点到A 点自转线速度逐渐减小, 那么物体在移动过程中仍然将不断向右偏离原来所在经线, 最后到达A ′点右侧的某一位置.同理可证, 南半球沿经线运动的物体将向左偏.近地表物体沿经线运动的情况, 与物体在旋转圆盘上沿径向运动的情况是同一类型. 这种情况下物体所受的惯性力是科里奥利力.四、沿纬线运动的物体所受地转偏向力以地面为参考系, 物体处于平衡状态, 因此必须引入离心惯性力f*c , 这样, 万有引力F、地表对物体的作用力FN以及离心惯性力f*c 三力平衡, 如左下图所示, 使物体相对于地面保持静止. 万有引力F、地表对物体的作用力FN 都是物体实际受到的作用, 都有施力物体, 而离心惯性力f*c 是人为引入的, 其作用就是使得牛顿定律在非惯性系中依然适用. f*c = mw^2r (其中w 是地球自转角速度, r 是物体所在纬线圈的半径.)假设物体沿纬线自西向东相对地面以速度v 相对匀速运动. 那么, 物体绕轴做圆周运动的实际角速度增加,由于离心惯性力f*c = mw^2r , 所以f*c 必将增加, 成为f*c ′ .在地面上看, 万有引力F、地表对物体的作用力FN 以及离心惯性力f*c 三力不再平衡. 离心惯性力多了个增量△f*c = f*c’ - f*c , △f*c与f*c 方向相同.我们可以把△f*c 分解为与地表垂直和水平的两个分量. 如果物体所在纬度为, 不难看出, 其中的水平分量△f*c sin 就是我们所探讨的水平方向的地转偏向力. 这个力垂直于物体速度方向,水平向右, 如右上图所示. 当物体沿纬线向西运动时, △f*c 与f*c 方向相反, 指向地轴, △f*c 的水平分量△f*c s in 仍然是垂直于物体速度方向水平向右的.同理可证, 在南半球, △f*c sin 是直于物体速度方向水平向左的.沿赤道运动的物体, △f*c sin 的水平分量永远等于0 .在右上图中,f*d=△f*c sin ,即把沿纬线运动时的地转偏向力记做了f*d五、斜穿经纬线运动的偏向是上述两种成因不同的偏向现象的叠加由速度的合成原理可知, 近地表物体的水平运动速度均可分解为沿经线的运动和沿纬线的运动; 这两种运动所造成的偏向趋势虽然是相同的, 但是产生原因是不同的.为了更便于理解,查阅出地转偏向力的大小公式:(见如下截图,其中为纬度,A为地转偏向力的大小)六、结论总的来说, 认为地转偏向力就是科里奥利力是不准确的. 只有沿经线运动物体的地转偏向力才是科里奥利力. 而沿纬线运动物体的地转偏向力是离心惯性力沿地表的一个分力七、地转偏向力与三圈环流的形成明白了地转偏向力的实质,我们便可以理解中学阶段难以理解的三圈环流的形成过程:从北半球来看(不考虑下垫面),赤道地区上升的暖空气,在气压梯度力作用下,由赤道上空向北流向北极上空(南风),受地转偏向力影响,由南风逐渐右偏成西南风,到30°N附近上空时偏转成了西风,来自赤道上空的气流不能再继续北流,而是变成自西向东运动。
科里奥利效应是指由于地球自转产生的惯性力导致流体(包括大气和水)偏向右边的现象,而在南半球则偏向左边。
这一效应在河流地质作用中具有重要的意义,影响着河流的流向、侵蚀和沉积过程。
科里奥利效应影响了河流的流向。
在北半球,由于科里奥利效应的作用,河流在流动时会受到偏向右侧的影响,使得河流整体上呈现出向右流动的趋势。
这一流向的特点会影响河流的整体走势和分布,对地质格局产生一定影响。
科里奥利效应对河流的侵蚀和沉积过程也具有重要影响。
在河流侵蚀过程中,科里奥利效应会影响水流的流速和方向,进而影响了侵蚀的程度和规律。
在河流的沉积过程中,科里奥利效应也会影响沉积物的运移和分布,对地质构造和地貌形态产生影响。
在实际地质作用中,科里奥利效应的意义还体现在对地质活动的影响上。
在断裂构造和地震活动中,科里奥利效应会影响地壳板块的运动和应力分布,从而对地震的发生和地质构造的演化产生一定影响。
科里奥利效应在河流地质作用中的意义主要体现在对河流流向、侵蚀和沉积过程的影响以及对地质活动的影响上。
了解和掌握科里奥利效应对于研究和理解地质作用具有重要的意义。
个人观点上,我认为科里奥利效应作为地球自转产生的自然现象,对地质作用的影响是客观存在的。
在地质科学研究中,需要充分考虑和理解科里奥利效应对地质作用的影响,这有助于对地质现象和地理格局的解释和理解。
我们也可以通过深入研究科里奥利效应,为地质工程和自然资源利用提供更科学的依据和方法。
以上仅为一些初步的观点和理解,希望能对你有所帮助。
如果需要进一步探讨该主题,还请与我详细讨论,我会尽力提供更全面、深刻的文章内容。
科里奥利效应作为地球自转产生的自然现象,其在河流地质作用中的重要意义不可忽视。
除了对河流的流向、侵蚀和沉积过程产生影响外,这一效应还对地质活动产生一定影响,影响着地质构造和地震活动的发生。
在现代地质科学研究中,充分理解和掌握科里奥利效应对地质作用的影响,有助于解释和理解地质现象,为地质工程和自然资源利用提供更科学的依据和方法。
科里奥利现象和傅科摆小论文小论文人员分配:组长:耿蕾主讲:耿蕾查资料:杜欣赵华鞠大升写论文:鞠大升赵华杜欣耿蕾我们生活在一个物质的世界,人类从古至今在不停地对身边的一切进行探索,从小的现象得到启发,进而上升到理论,直至推动整个社会的发展。
科里奥利现象和科里奥利力是常常发生在我们的事,傅科摆是科里奥利力的一个重要应用。
(一)科里奥利现象和科里奥利力我们现在从一个简单的例子说起。
如图1.设在以角速度ω沿逆时针方向转动的水平圆盘上,沿同一半径坐着两个儿童,童A靠外,童B靠内,二者离转轴O的距离分别为V A和V B,童A以相对于圆盘的速度V’沿半径方向向童B抛出一球。
如果圆盘是静止的,则经过一段时间△t=(V A-V B)/V’后,球会到达童B,但结果是球图1:水平转盘到达了童B转动的前方一点B’,对这个现象可如下分析,由于圆盘在转动,故球离开童A的手时,除了具有径向速度V’外,还具有切向速度V tA,而童B 的切向速度为V tB,由于童B的位置靠近圆心,所以V tA>V tB,在垂直于AB的方向上,球运动得比B远些。
这是在盘外不转动的惯性系观察到的情形。
对于以圆盘为参考系的B,他只看到A以初速度向他抛来一球,但球并未沿直线到达他,而是向球球运动的前方的右侧偏去了,这一结果的分析发现,地球在具有径向初速度V’的同时,还具有了垂直于这一方向而向右的加速度a’,应用牛顿第二定律对于加速度的解释,既然球出手后在水平方向上没有受到“真实力”的作用,那么球一定受到了一个垂直于速度V’而向右的惯性力Fc。
这种在转动参考系中观察到的运动物体(由于转动参考系中各点的线速度不同而产生)的加速现象中科里奥利效应,产生此效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。
利用此例可导出科里奥利力的定量公式。
以转动系为参考系,球从A到达B’的时间是△t’=(V A-V B)/V’。
在△t’时间内球偏离AB的距离BB’=(V tA-V tB)△t’=ω(V A-V B)△t’= V’ω(△t’)2,在△t’很小的情况下,可以认为沿BB’的运动是匀加速运动而初速为0,以a’表示以加速度应用BB’=1/2 a’(△t’)2,与上一结果比较可得:a’=2V’ω。
科里奥利力—搜狗百科两个参考系可以是相互旋转的,例如高速离心机开动时试管参考系和桌面参考系就是相对旋转的.试管中的颗粒沿试管作直线运动,而相对于桌面却是螺线运动,因此我们也需要旋转坐标系之间的变换。
考虑相对桌面S作转动的圆盘S′.如图2-17所示.设转动角速度ω为常矢量,指向垂直于盘面的z轴正方向,转动轴位于圆盘中心O′,桌面原点O与之重合.假定矢量A固定在S′上.注意到速度表示(2.2.10)式,科里奥利力dt时间内A的增量是dA=A(t+ dt)- A(t)=(ω×A)dt如果矢量同时相对于S′有一个增量dA′,则相对于S的增量将是dA=(ω×A)dt+dA′于是我们有一般关系式:或者写作符号等式:显然,将位置矢量代入上式可得到速度的变换关系:式中带撇的导数仅表示是在S′系中进行而已,而并不表示时间上有什么不同.这对于其它矢量也适用.比如,任意矢量可以用两个起自原点的矢量来代替.以上做法完全可以推广到3维情形.符号等式(2.7.2)是线性的(满足分配律).对于速度矢量,我们有可见在S系中的观察者看来,加速度由3部分组成.第一项是S′系中的加速度.当质点在S′系中静止时,第三项的意义就可以明显看出:ω×(ω×r)=-(ω·ω)ρ (2.7.5)即向心加速度.第二项称为科里奥利加速度(Coriolis acceleration),这一项只有当质点在S′系中运动时才有非零的值.*(2.7.4)式与平面极坐标中的加速度表示式(§1.5)是否一致?如果角速度不是常矢量,(2.7.3)式和(2.7.4)式是否正确?如不正确,应该怎样修改?下面我们讨论地球转动的影响.自转着的地球取作S′系,一个“不转的”地球(平动框架)为S系.在地球参考系中,质点受到的重力加速度为g=g0-2ω×v′-ω×(ω×r)(2.7.6)我们知道g0≈9.8m/s2ω= 7.292 ×10-5rad/s相比之下,惯性离心(centrifugal)项就小得多,|ω×(ω×r)|≤ω2R≈3.39×10-2m/s2<>这样将它合并到有效重力加速度中去,(2.7.6)式就可以写成mg=mgeff- 2mω×v′ (2.7.7)最后一项即为运动物体上的科里奥利“力”.需要注意的是,这一项完全是由坐标系变换而来的,或者说是由于旋转坐标系中的观察者的看法与平动坐标系中的不一样而产生的.通常我们可以说,科里奥利‘力’是运动学效应.*科里奥利力与纬度有关吗?南半球和北半球情况有区别吗?根据(2.7.7)式可以对落体的偏向作出判断.粗略地说,落体的速度(零级近似)在-r方向.对于北半球,可以判定速度将偏向东方,也就是在-2mω× v′~ωk ×er= ωej方向.所谓落体偏东就是指的这件事.如果从(2.7.6)式考虑,结果会如何呢?*讨论:上抛物体会落在抛出点吗?地表的运动也一样受到科里奥利力的影响.从图2-18可以看出旋转导致运动偏向前进的右手方向.我们可以将速度分解以求得定量的结果:-2ω×(vθeθ+vjej)=2ω(vθeθ×k+vjej×k)=2ω(-vθcosθej+vjeρ)=2ωcosθ(-vθej+vjeθ)+2ωvjsinθer式中径向项由于g项的存在可以忽略.前两项精确地显示了加速度指向运动方向的右手边. 有关科里奥利力的典型例子有大气中的气旋(whirling).在天气预报节目中,你也许见到过卫星云图中逆时针的气旋.在南半球这种气旋是顺时针的.傅科(Foucault,1819-1868)摆是展示地球旋转的极好例子.1850年,傅科在巴黎的万神殿(Pantheon)用了一个摆长为67m的摆,摆平面的偏转明确地告诉人们地球是在旋转着的.科里奥利力在微观现象中也有所表现.例如,它使得转动分子的振动变得复杂了,使得分子的转动和振动能谱之间相互影响。
向心力、离心力与科里奥利力概念图示(2010-05-19 22:39:07)转载标签:物理离心力科里奥利力教育向心力、离心力与科里奥利力图示abada(张宏兵)它们是容易纠缠在一起的概念。
所谓惯性力,是在非惯性系中(典型的如圆盘参照系中),为了牛顿第二定律在此非惯性系中成立,而虚拟出的一种力,它能与实际力合成,造成在非惯性系中与在惯性系中一样也能用牛顿定律来解释质点的运动的情景。
惯性力,可能是向心力(定义为径向指向圆心的力),也可能是离心力(定义为径向离开圆心的力),也可能是科里奥利力,等等。
一个力是向心力或离心力,与其是惯性力还是实际力无关,它们是两套独立的概念。
图1、绕地同步卫星(说明向心力和离心力概念):图2,地外天体(惯性力作为向心力)科里奥利力的定义:转动圆盘系中的牛二定律:F(eff)= F + [ - m ω x (ω x r ) ] + [ - 2m ω x v ]其中F(eff)是效果力,ω是转盘在惯性系中的角速度矢量,r是质点在转动系中的位置矢量,v是质点在转动系中的线速度矢量。
方程右边第一项F是真实力,第二项是离心力,第三项是科里奥利力。
对于图2,惯性向心力的理论分解:那种情况下科里奥利力正好指向转盘圆心,而离心力背离圆心;但前者恰好是后者的2倍。
它们的差就是一个惯性向心力:2 m ω x (ω x r ) - m ω x (ω x r ) = m ω x (ω x r )图三的转盘系里,最能反映科里奥利力的作用。
因为向心力(离心力)只能形成圆锥曲线运动,无以解释阿基米德螺线运动。
此时科里奥利力恰好不指向圆心,与离心力不在一条直线上。
地球偏向力(地转偏向力)亦称科氏力(科里奥利力),因为地球自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。
是常被引入的第3类惯性力,前两类为平动惯性力和惯性离心力,当物体相对做匀速圆周的参考系有速度时,引入此力,由于比较复杂,很少被讲到,所以经常被人遗忘,表达式为F=2v×ω(矢量式,×为叉积)由于地球自转而产生作用于运动空气的力,称为地转偏向力,简称偏向力。
它只在物体相对于地面有运动时才产生(实际不存在),只能改变(水平运动)物体运动的方向,不能改变物体运动的速率。
地转偏向力可分解为水平地转偏向力和垂直地转偏向力两个分量。
由于赤道上地平面绕着平行于该平面的轴旋转,空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与地平面垂直的平面内,故只有垂直地转偏向力,而无水平地转偏向力。
由于极地地平面绕着垂直于该平面的轴旋转,空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与转动轴相垂直的同一水平面上,故只有水平地转偏向力,而无垂直地转偏向力。
在赤道与极地之间的各纬度上,地平面绕着平行于地轴的轴旋转,轴与水平面有一定交角,既有绕平行于地平面旋转的分量,又有绕垂直于地平面旋转的分量,故既有垂直地转偏向力,也有水平地转偏向力。
原因简述如下:物体为保持水平惯性运动,经纬网因随地球自转而产生相对加速度。
简明推导首先请明白:1.物体的速度是有方向性的,圆周运动的物体在某一时刻的运动方向与圆周切线方向平行。
2.物体受到的万有引力是指向地心的,它可以分解成两个力,一是使物体保持与地球自转同步的离心力,另一个是重力。
画一个○,圆心表示地心,过圆心做垂直的两条虚线。
一条表示地轴,,在圆圈的线上找一个点(最好是右上半边),在这个点上画一条虚线与地轴垂直,再画一条虚线与地轴平行。
我们来分析这一点的受力:向地心方向画一个力,这是万有引力,将这个力延刚才画的那两条虚线分解,其中一个是向心力,另一个是重力。
我们拿长江做一个例子:当水静止时,一切正常。
回转仪的力学解释一、科里奥利力的解释:我们来看一下科里奥利力的形成,首先,在释放初始时,圆盘点A 处,仅有一一个向上的速度(X-Z 平面的转动),但由于受重力作用,重力力矩对OO'轴会有一个角加速度,那么OO'轴将会向下偏转,形成一个过Z-Y 平面的转动。
此时点A 应多出一个Z-Y 平面的加速度速度以及相应的速度。
方向则应是斜向下的。
那么对于点A ,将会观测到一个向W 方向的加速度,意味着将会有一个沿-Y 方向的力,那么,如果我们以OO'转轴作为参照系,显然,此时的OO'是个非惯性系,设某时刻OO'的角速度为科氏力 A''ω,还是研究A 点,A 在OO'转轴的参照系中,是匀角速转动的,不妨设为ω,那么科里奥利力:2'2()'F mV m R ωωω=⨯=⨯⨯那么这里从数值上计算即为2'sin()F m R ωωα=⋅α是与V 与'ω的夹角。
方向则是平行于转轴OO'的这样相对于过O 点的Z 方向转轴就形成了力矩,从而形成进动。
那么我们可以对圆环上每一个点所受科氏力力矩进行积分。
轮子上关于OO'转动的平面的点力矩对称,且又关于中心 对称,这里不多作说明,请诸位自行验证。
222042'sin()8'M m R d m R πωωααωω=⋅=⎰ ——————————————— 向心力的解释:下面,我们用一种更简明的理论来解释,而且这个理论和上述完全吻合。
我们还是看点A ,此时的点A 的速度有将是一个合成的速度,方向易知,这里我们只分析大小,一个来自本身的轮子的转动,1V R ω=第二个是来自于OO'转轴的速度,2'V L ω=-,那么12'V V V R L ωω=+=-。
再来看B 点,显然,此时2'V L ω=,12'V V V R L ωω=+=+那么向心力:2V F m L = 方向如图 力矩:sin()M F R FR α=⨯=A,B 两点的力矩是反向的,显然,B 的力矩更大。
浅析科里奥利力摘要 科里奥利力并不是实际存在的力,但对于处于地球这个非惯性系中运动的物体却会受到它的影响。
本文对科里奥利力在自然界的影响及其应用进行一下简单的分析。
关键词 科里奥利力 自转偏向力 铁路规划 傅科摆一、科里奥利力在旋转体系中进行直线运动的质点,由于惯性,有沿着原有运动方向继续运动的趋势,但是由于体系本身是旋转的,在经历了一段时间的运动之后,体系中质点的位置会有所变化,而它原有的运动趋势的方向,如果以旋转体系的视角去观察,就会发生一定程度的偏离。
当一个质点相对于惯性系做直线运动时,相对于旋转体系,其轨迹是一条曲线。
立足于旋转体系,我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线。
这种惯性力是以首先研究它的法国数学家科里奥利的名字命名的,叫做科里奥利力。
由于科里奥利力垂直于物体的运动方向,所以不能影响物体运动速度的大小,但是能影响物体运动的方向。
二、地球自转偏向力地转偏向力是由于地球自转而使地球表面运动物体受到与其运动方向相垂直的力。
全称地球自转偏向力。
所以地转偏向力是科里奥利力的一种表现形式。
因此地转偏向力不会改变地球表面运动物体的速度,但可以改变运动物体的方向。
地转偏向力对季风环流、气团运行、气旋(台风)与反气旋(冷空气)的运移路径、洋流与河流的运动方向以及其它许多自然现象有着明显的影响,例如,北半球河流多有冲刷右岸的倾向,高纬度地区河流上浮运的木材多向右岸集中等。
根据科里奥利力的推导公式-2c r F m v ω=⨯可知由于地球自转原因,在北半球自北向南运动的物体会受到向东的科里奥利力,从而运动方向会向东偏移。
同理,北半球自南向北运动的物体受的科里奥利力方向向西。
三、科里奥利力的影响3.1火车行驶在铁路规划方面,由于科里奥利力的存在,火车会受到惯性力的作用,由于我国处于北半球,所以北下的火车会受到向东的惯性力,南上的火车受到向西的惯性力。
如果北下的火车在西,南上的火车在东,它们就会受到相向的力的作用,再加上火车行驶速度较快,更是会受到气压的挤压作用从而有相撞的危险。
北半球地球自转偏向力
地球自转偏向力,也被称为科里奥利力,是由于地球自转引起的一种惯性力。
具体来说,地球自转偏向力会影响在地球表面运动的物体,这种力会改变物体的运动方向。
例如,如果一枚火箭从地球赤道向北射出,当它落到北纬45度的地方时,仍会保持其向东运动的速度分量。
由于在北纬45度处,地球的线速度已经减小,相对于地面,火箭会有相对东向的速度分量。
在北半球,地球自转偏向力的影响尤为显著。
地转偏向力在极地最强,向赤道方向逐渐减弱直到消失在赤道处。
我们可以使用一个简单的方法来形象理解这种偏向力:假设我们在南北方向上移动,因为我们落后于地球的自转速度,所以会受到一个垂直于我们运动方向的力。
或者,我们可以使用右手的拇指来记忆:在北半球,如果你的手心向着自己,手指沿着速度方向,那么拇指的方向就是偏转方向。
地球自转偏向力是一种非常重要的物理现象,它在航天、航空和气象等领域都有广泛的应用。
在日常生活中,虽然我们可能不会直接感受到它的存在,但它确实在悄悄地影响着我们的生活。
卡皮罗现象(科里奥利力)20世纪40年代科学家卡皮罗在每次实验后,把污水倒入水槽时发现在漏水口处形成的旋涡总按固定的方向旋转,这个现象引起了他的注意。
于是在水流下时他故意用手指向相反方向搅动,但手离开后旋涡又恢复原来的旋转方向。
这是否与漏水口的形状有关?于是他做了许多不同形状的漏水口,但试验结果总是相同。
他对此困惑不解,于是他到世界各地去做同样的试验,使他大为惊奇的是在南半球水流旋涡的方向与北半球刚好相反,在北半球是逆时针的而在南半球是顺时针的,在赤道附近两种情况几乎各有一半。
卡皮罗喜出望外,他终于找到了结论,在原旋涡的方向与在地球上所处位置有关。
后来人们把这种现象称为卡皮罗现象。
事实上,卡皮罗现象是地球在自转过程中由于惯性引起的一种所谓科里奥利力造成的。
在北半球这个偏向力是向右的,它会使得水在向下流时形成逆时针方向的旋涡。
在南半球则刚好相反为顺时针方向。
在自然界里卡皮罗现象的另一形式是龙卷风。
无论是在广袤的平原还是浩瀚的大海上产生的陆龙卷和海龙卷,人们发现在北半球它们的旋转方向大多是逆时针的。
在北京天文馆的傅科摆每隔37小时15分钟摆平面作顺时针转动一周也是科里奥利力作用的结果。
科里奥利力是一个重要但又容易被一般人所忽视的力。
例如在北半球火车由南向北快速行驶时右边轨道上所受的压力要大些,由南向北的河流东岸受冲刷较厉害,这些现象都可用科里奥利力来解释,另外在发射远程导弹、气象预报、航海、航空中气泡水准仪的设计等方面也要考虑到科里奥利力的影搜索响。
(物理学家对科里奥利力或科里奥利效应的理解绝对准确,但使用科里奥利效应来解释抽水马桶水的漩涡则大错特错。
科里奥利效应在解释洋流、大气环流之类大规模运动的流体时是成立的。
但是,对抽水马桶的水流,科里奥利效应则几乎毫无影响。
马桶旋转水流的2端,由于地球自转造成的影响几乎是完全相等的,即使有略微不同,也安全无法造成强烈的水流。
)(小洞流水是成立的,就是人造较快的漩涡就不行)。