сила Кориолиса
В физике сила Кориолиса — это инерционная или фиктивная сила [1] , действующая на объекты, находящиеся в движении в пределах вращающейся относительно инерциальной системы отсчета . В системе отсчета с вращением по часовой стрелке сила действует слева от движения объекта. В одном с вращением против часовой стрелки (или против часовой стрелки) сила действует вправо. Отклонение объекта под действием силы Кориолиса называется эффектом Кориолиса . Математическое выражение для силы Кориолиса, хотя оно и было признано ранее другими, появилось в статье 1835 года французского ученого.Гаспар-Гюстав де Кориолиса в связи с теорией водяных колес . [2] В начале 20 века термин сила Кориолиса стал использоваться в связи с метеорологией .
Законы движения Ньютона описывают движение объекта в инерциальной (неускоряющейся) системе отсчета . При преобразовании законов Ньютона во вращающуюся систему отсчета появляются кориолисовы и центробежные ускорения. При приложении к массивным объектам соответствующие силы пропорциональны массамих. Сила Кориолиса пропорциональна скорости вращения, а центробежная сила пропорциональна квадрату скорости вращения. Сила Кориолиса действует в направлении, перпендикулярном оси вращения и скорости тела во вращающейся системе отсчета, и пропорциональна скорости тела во вращающейся системе (точнее, составляющей его скорости, перпендикулярной оси вращения). Центробежная сила действует наружу в радиальном направлении и пропорциональна расстоянию тела от оси вращающейся рамы. Эти дополнительные силы называются силами инерции, фиктивными силами или псевдосилами . [3]Принимая во внимание вращение путем добавления этих фиктивных сил, законы движения Ньютона можно применить к вращающейся системе, как если бы она была инерциальной системой. Это поправочные коэффициенты, которые не требуются в невращающейся системе. [4]
В популярном (нетехническом) использовании термина «эффект Кориолиса» подразумевается, что вращающаяся система отсчета почти всегда является Землей .. Поскольку Земля вращается, земным наблюдателям необходимо учитывать силу Кориолиса, чтобы правильно анализировать движение объектов. Земля совершает один оборот за каждый цикл дня и ночи, поэтому для движений повседневных объектов сила Кориолиса обычно довольно мала по сравнению с другими силами; его эффекты вообще становятся заметными лишь при движениях, происходящих на большие расстояния и длительные периоды времени, как, например, крупномасштабное движение воздуха в атмосфере или воды в океане; или там, где важна высокая точность, например, дальнобойная артиллерия или траектории ракет. Такие движения сдерживаются поверхностью Земли, поэтому, как правило, важна только горизонтальная составляющая силы Кориолиса. Эта сила заставляет движущиеся объекты на поверхности Земли отклоняться вправо (по отношению к направлению движения) вСеверном полушарии и левее в Южном полушарии . Эффект горизонтального отклонения больше вблизи полюсов , поскольку эффективная скорость вращения вокруг локальной вертикальной оси там наибольшая и уменьшается до нуля на экваторе . [5] Вместо того, чтобы течь прямо из областей высокого давления в области низкого давления, как это было бы в невращающейся системе, ветры и течения имеют тенденцию течь вправо от этого направления к северу от экватора (против часовой стрелки) и влево от экватора. в этом направлении к югу от него (по часовой стрелке). Этот эффект отвечает за вращение и, следовательно, за образование циклонов (см. Эффекты Кориолиса в метеорологии ).
Слева : инерционная точка зрения.
Справа : точка зрения, вращающаяся в одном направлении.
Красный : гравитация
Зеленый : нормальная сила
Синий : результирующая центростремительная сила .