Що таке сила Коріоліса?

Сила Коріоліса в природі

Найпростіший приклад використання сили Коріоліса – це ефект прискорення кручення танцюристів. Щоб прискорити своє обертання, людина може почати крутитися з широко розведеними в сторони руками, а потім – вже у процесі – різко притиснути руки до тулуба, що викличе збільшення колової швидкості (відповідно до закону збереження моменту імпульсу). Ефект сили Коріоліса проявиться в тому, що для такого руху руками доведеться прикладати зусилля не тільки у напрямку до тіла, але і в напрямку по обертанню. При цьому виникає відчуття, що руки відштовхуються від чогось, при цьому ще більше прискорюючись.

Сила Коріоліса також проявляється, наприклад, в роботі маятника Фуко. Крім того, оскільки Земля обертається, то сила Коріоліса проявляється і в глобальних масштабах. У північній півкулі сила Коріоліса направлена вправо від руху, тому праві береги річок в Північній півкулі крутіші – їх підмиває вода під дією цієї сили (див. Закон Бера). У Південній півкулі все відбувається навпаки. Сила Коріоліса відповідальна також і за обертання циклонів і антициклонів.

Всупереч розхожій думці, малоймовірно, що сила Коріоліса повністю визначає напрям закручування води у водопроводі – наприклад, при зливі в раковині. Хоча в різних півкулях вона дійсно прагне закручувати водяну воронку в різних напрямках, при зливі виникають і побічні потоки, що залежать від форми раковини і конфігурації каналізаційної системи. За абсолютною величиною створювані цими потоками сили перевершують силу Коріоліса, тому напрямок обертання воронки як в Північному, так і в Південній півкулі може бути як за годинниковою стрілкою, так і проти неї.

Сила Коріоліса (по імені французького вченого Г. Коріоліса, вперше його описав) – одна з сил інерції, існуюча в неінерційній (обертається) системі відліку через обертання і законів інерції, що виявляється при русі в напрямі під кутом до осі обертання. Прискорення Коріоліса було отримано Г.Коріолісом в 1833г., К.Гаусом в 1803г. і Л. Ейлера в 1765 р.

Причина появи сили Коріоліса – в коріолісову (поворотному) прискоренні. Для того, щоб тіло рухалося з коріолісовим прискоренням, необхідно додаток сили до тіла, рівної F = ma, де a – кориолисово прискорення. Відповідно, тіло діє по третьому закону Ньютона з силою протилежної спрямованості. FK = – ma. Сила, яка діє з боку тіла, і буде називатися силою Коріоліса. Не слід плутати коріолісову силу з іншою силою інерції – відцентровою силою, яка спрямована по радіусу обертової окружності.

У інерційних системах відліку діє закон інерції, тобто, кожне тіло прагне рухатися по прямій і з постійною швидкістю. Якщо розглянути рух тіла, рівномірний уздовж деякого обертового радіусу і спрямоване від центра, то стане ясно, що щоб воно здійснилося, потрібно додавати тілу прискорення, оскільки чим далі від центру, тим повинна бути більше дотична швидкість обертання. Це означає, що з точки зору обертової системи відліку, якась сила буде намагатися змістити тіло з радіусу.

Якщо обертання відбувається за годинниковою стрілкою, то рухається від центру обертання тіло буде прагнути зійти з радіусу вліво. Якщо обертання відбувається проти годинникової стрілки – то вправо.

Результат дії сили Коріоліса буде максимальним при поздовжньому переміщенні об'єкта по відношенню до обертання. Отже, на Землі це буде при русі по меридіану, при цьому тіло відхиляється вправо при русі з півночі на південь і вліво при русі з півдня на північ. Для цього явища є дві причини: перша, обертання Землі на схід; та друга – залежність від географічної широти тангенціальною швидкості точки на поверхні Землі (ця швидкість дорівнює нулю на полюсах і досягає свого максимального значення на екваторі).

Таким чином, при пострілі гармати на північ з будь-якої точки на екваторі, снаряд падає на схід від свого спочатку заданого напрямку. Це відхилення пояснюється тим фактом, що на екваторі снаряд рухається на схід швидше, ніж в будь-якій точці північніше. Аналогічно, якщо стріляти з боку північного полюса, то снаряд повинен падати правіше по відношенню до своєї прицільної точці. Так як в цьому випадку за час польоту мета встигає переміститися на схід далі по причині своєї більшою, ніж у снаряда, східної швидкості. Аналогічні зміщення відбуваються при будь-якому пострілі, якщо тільки первісна швидкість снаряда має ненульову проекцію на напрям північ – південь.

Джерела інформації:

  • ru.wikipedia.org – сила Коріоліса, математичне визначення, сила Коріоліса в природі і т.д.;
  • astrogalaxy1.narod.ru – про силу Коріоліса;
  • elementy.ru – ефект Коріоліса.

Category: Наука та освіта

Comments (Прокоментуй!)

There are no comments yet. Why not be the first to speak your mind.

Leave a Reply