Lực Coriolis là gì? “Lực lượng” Coriolis trong tự nhiên và công nghệ – giả? hoặc Hướng xoắn ốc của xoáy Sức mạnh của lực Coriolis

Đây là một trong những lực quán tính được Gustave Gaspard Coriolis người Pháp phát hiện, mô tả và nghiên cứu vào đầu thế kỷ 19.Thuật ngữ vật lý “lực Coriolis” cũng được áp dụng trong tình huống có đặc thù dòng chảy của nhiều con sông trên hành tinh của chúng ta.Vì so với hành tinh Trái đất, lực này biểu hiện dưới dạng kết quả của sự quay quanh trục của chính nó. Khi chúng ta quan sát Trái đất từ ​​cực Bắc, hành tinh này quay từ trái sang phải, tức là ngược với chuyển động của kim đồng hồ. Trong trường hợp này, lực Coriolis xuất hiện, làm tăng quán tính về bên phải, dọc theo cơ thể. Vì vậy, ở bán cầu của chúng ta, phía bắc xích đạo, tất cả các con sông, ngoại trừ những con sông rất nhỏ, thường có bờ dốc, đồi núi và dốc. Rốt cuộc, ảnh hưởng của dòng chảy ở bờ phải được nhân lên với lực mà chúng tôi đã mô tả. Và theo đó, bờ trái trong hầu hết các trường hợp phẳng hơn và êm dịu hơn. Ở bán cầu nam của Trái đất, hiện tượng ngược lại được quan sát thấy.

Ngoại lệ là những trường hợp dòng sông buộc phải đi qua những tảng đá cứng. Chúng có thể được gây ra bởi cảnh quan thiên nhiên, sự khác biệt về đất đai và tốc độ đặc biệt của dòng chảy sông trong các dãy núi hoặc trên vùng đồng bằng hoàn toàn bằng phẳng. Những con sông rất rộng ở vùng bằng phẳng và trên đất mềm thường có bờ gần như giống nhau.

Kết quả của mô hình này là quân đội Nga từ thời cổ đại đã phải chịu tổn thất nặng nề hơn trong nhiều cuộc chiến tranh với quân xâm lược nước ngoài so với trường hợp có thể xảy ra. Thực tế là khi kẻ thù tiến lên từ hướng Tây, châu Âu, tổ tiên chúng ta buộc phải gặp chúng trên một bãi đất bằng phẳng, tức là kẻ thù thường có lợi thế chiến lược về độ cao. Và theo đó, trong các đợt phản công trả đũa, quân ta đã vượt qua bờ biển kiên cố và bất khả xâm phạm.

Rất ít người trong chúng ta nghĩ về những khoảnh khắc như vậy trong lịch sử và địa lý. Nhưng trên thực tế, trong cuộc sống có khá nhiều khuôn mẫu như vậy. Vì vậy, trước khi trách mắng chỉ huy của mình về những tổn thất không đáng có về người trong trận chiến, chúng ta cần nhìn xa hơn một chút so với chính mũi của mình.

06/09/2017 /trang mạng/

Câu hỏi 7.Hệ quy chiếu phi quán tính. Lực quán tính, khái niệm về nguyên lý tương đương.

Hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính được gọi là không quán tính.

Lực quán tính là lực dùng để mô tả chuyển động trong quá trình chuyển tiếp trong hệ quy chiếu không quán tính (nghĩa là khi chuyển động có gia tốc). Lực này có độ lớn bằng lực gây ra gia tốc nhưng có hướng ngược với hướng gia tốc. Đó là lý do tại sao khi vận chuyển tăng tốc thì lực quán tính kéo hành khách về phía sau, và khi vận chuyển chậm lại thì lực quán tính kéo hành khách về phía trước.

Lực quán tính - một đại lượng vectơ bằng tích của khối lượng m của một điểm vật chất với mô đun gia tốc của nó và hướng ngược lại với gia tốc.

Có 2 loại lực quán tính chính: Lực Coriolis và lực quán tính truyền. Lực quán tính truyền gồm 3 số hạng

M - lực quán tính tịnh tiến

tôi 2 r - lực quán tính ly tâm

M[ r] - lực quán tính quay

Trong động lực học, chuyển động tương đối là chuyển động tương đối với một hệ quy chiếu không quán tính, trong đó các định luật cơ học của Newton không có giá trị. Để các phương trình chuyển động tương đối của một chất điểm giữ nguyên dạng như trong hệ quy chiếu quán tính thì cần có lực tương tác với các vật khác tác dụng lên điểm đó. F gắn lực truyền quán tính F làn đường = – tôiMột per và lực quán tính Coriolis F kop = – tôiMột kop, ở đâu tôi- khối lượng điểm. Sau đó

tôiMột ot = F + F làn đường + F cái túi

mẹồ tn = F–mẹ kop - mẹ làn đường

tôiMột ot = F+2tôi[ V. liên quan ]- mV 0 + tôi 2 r - tôi[r]

F kop = – tôiMột kop =2m [ V. liên quan ]-Lực Coriolis

F làn đường = – tôiMột ngõ = -m
tôi 2 r - tôi[r] - lực quán tính di động.

Ví dụ. Một con lắc toán đặt trên một chiếc xe đang chuyển động với gia tốc. Con lắc Lyubimov.

Lực quán tính ly tâm- lực mà một điểm vật chất chuyển động tác dụng lên các vật thể (các mối liên hệ) hạn chế sự tự do chuyển động của nó và buộc nó phải chuyển động theo đường cong. (hoặc Lực mà một ràng buộc tác dụng lên một điểm vật chất chuyển động đều quanh một đường tròn trong hệ quy chiếu liên kết với điểm đó.)

F c.b.=
, R là bán kính cong của quỹ đạo.

Cơm. Khái niệm lực quán tính ly tâm.

Lực ly tâm được hướng từ tâm cong của quỹ đạo dọc theo pháp tuyến chính của nó (khi chuyển động theo đường tròn dọc theo bán kính tính từ tâm đường tròn).

Lực ly tâm cũng là lực quán tính - nó hướng vào lực hướng tâm gây ra chuyển động tròn.

Lực ly tâm và lực hướng tâm có độ lớn bằng nhau và ngược chiều nhau.

lực Coriolis- một trong các lực quán tính được đưa vào để tính đến ảnh hưởng của chuyển động quay của hệ quy chiếu chuyển động lên chuyển động tương đối của vật.

Khi một vật chuyển động so với một hệ quy chiếu quay thì sẽ xuất hiện một lực quán tính gọi là lực Coriolis hay lực quán tính Coriolis. Sự biểu hiện của lực Coriolis có thể được nhìn thấy trên một đĩa quay quanh trục thẳng đứng (Hình 1).

Trên đĩa đánh dấu một đường thẳng hướng tâm OA và có một quả bóng chuyển động với vận tốc V theo hướng từ O đến A. Nếu đĩa không quay thì quả bóng sẽ lăn theo đường thẳng đã vẽ. Nếu đĩa được đưa vào chuyển động quay đều với vận tốc góc , thì quả bóng sẽ lăn dọc theo đường OB và vận tốc V của nó so với đĩa sẽ đổi hướng. Do đó, đối với hệ quy chiếu quay, quả bóng hành xử như thể có một lực nào đó tác dụng lên nó (vuông góc với tốc độ của nó), tuy nhiên, lực này không phải do sự tương tác của quả bóng với bất kỳ vật nào gây ra. Đây là lực quán tính gọi là lực Coriolis. Độ lớn của lực này tỉ lệ thuận với khối lượng của vật m, vận tốc tương đối của vật V và vận tốc góc quay của hệ w: Fк=2mVw.

Lực Coriolis Fc nằm trong mặt phẳng của đĩa: nó vuông góc với vectơ V và có hướng xác định bởi tích vectơ [V]: .

Lực Coriolis đóng vai trò là lực quán tính có hướng ngược chiều với gia tốc Coriolis a tới:

Nếu các vectơ V và song song thì lực Coriolis bằng không.

Biểu hiện của lực Coriolis:

Xói mòn bờ phải các con sông chảy về phía nam ở bán cầu bắc;

Chuyển động của con lắc Foucault;

Sự hiện diện của áp lực ngang bổ sung lên đường ray và do đó, sự mài mòn không đồng đều của chúng xảy ra khi tàu di chuyển.

Ví dụ, lực Coriolis biểu hiện trong hoạt động của con lắc Foucault. Ngoài ra, do Trái đất quay nên lực Coriolis thể hiện trên quy mô toàn cầu. Ở Bắc bán cầu, lực Coriolis hướng về bên phải chuyển động nên bờ phải các con sông ở Bắc bán cầu dốc hơn - chúng bị nước cuốn trôi dưới tác động của lực này. Ở Nam bán cầu, điều ngược lại xảy ra. Lực Coriolis cũng là nguyên nhân hình thành các xoáy thuận và xoáy thuận.

Nguyên lý tương đương của Einstein.

Trường lực quán tính tương đương với trường hấp dẫn đều. Tuyên bố này thể hiện nguyên tắc tương đương của Einstein.

Nguyên lý tương đương được xây dựng như sau: lực hấp dẫn trong tác dụng vật lý của nó không khác với lực quán tính có độ lớn bằng nhau.

Nguyên lý Einstein ngụ ý sự tương đương giữa khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn trong một vùng không gian giới hạn. Theo một cách hạn chế, vì trường lực hấp dẫn trong trường hợp tổng quát không đồng nhất (lực tương tác giảm khi các vật chuyển động ra xa nhau).

Khi một vật chuyển động so với hệ quy chiếu quay, ngoài lực quán tính ly tâm còn xuất hiện một lực khác gọi là lực Coriolis hay lực quán tính Coriolis.

Sự xuất hiện của lực voriolis có thể được nhìn thấy trong ví dụ sau. Hãy lấy một đĩa nằm ngang có thể quay quanh trục thẳng đứng. Hãy vẽ một đường thẳng hướng tâm OA trên đĩa (Hình 34.1, a). Hãy phóng quả bóng theo hướng đi với tốc độ V. Nếu đĩa không quay, quả bóng sẽ lăn theo đường thẳng mà chúng ta đã vẽ. Nếu đĩa quay theo hướng chỉ bởi mũi tên thì quả bóng sẽ lăn dọc theo đường cong OB được chỉ ra bởi đường chấm chấm và tốc độ của nó so với đĩa v sẽ thay đổi hướng của nó. Do đó, đối với hệ quy chiếu quay, quả bóng hành xử như thể nó bị tác dụng bởi một lực vuông góc với vận tốc

Làm cho một quả bóng lăn trên một đĩa quay Dọc theo một đường thẳng hướng tâm; bạn cần tạo một hướng dẫn, ví dụ, ở dạng cạnh OA (Hình 34.1, b). Khi quả bóng lăn, gân dẫn hướng tác dụng lên nó một một lực nhất định, so với hệ quay (đĩa), quả bóng chuyển động với tốc độ không đổi theo hướng. Điều này có thể được giải thích chính thức bởi thực tế là lực được cân bằng bởi lực quán tính tác dụng lên quả bóng vuông góc với vận tốc V. Lực đó là lực quán tính Corvolian.

Trước tiên chúng ta hãy tìm biểu thức của lực Coriolis cho trường hợp đặc biệt khi một hạt chuyển động so với hệ quy chiếu quay đều dọc theo một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay, với tâm nằm trên trục này (Hình 34.2) ). Vận tốc của hạt so với hệ quay sẽ được ký hiệu là v. Vận tốc của hạt so với hệ quy chiếu đứng yên (quán tính) v có độ lớn bằng nhau trong trường hợp (c) và trong trường hợp (b), trong đó là vận tốc góc của hệ quay, R là bán kính của các đường tròn (xem (5.7)).

Để một hạt chuyển động tương đối so với một hệ đứng yên trong một vòng tròn với tốc độ, nó phải chịu tác dụng của một lực hướng vào tâm vòng tròn, ví dụ, lực căng của sợi dây mà hạt được buộc vào đó. tâm của đường tròn (xem Hình 34.2, a). Độ lớn của lực này bằng

So với hệ quay, hạt trong trường hợp này chuyển động với gia tốc, tức là như thể có một lực tác dụng lên nó

(xem (34.1)). Do đó, trong một hệ quay, một hạt hành xử như thể, ngoài lực F hướng vào tâm vòng tròn, nó còn chịu tác dụng của hai lực nữa hướng từ tâm: và một lực có mô đun bằng nhau (Hình 2). 34.2, a). Thật dễ dàng để tưởng tượng rằng sklu có thể được biểu diễn dưới dạng

Lực (34.3) là lực quán tính Coriolis. Khi lực lượng này vắng mặt. Lực là độc lập - như chúng ta đã lưu ý, nó tác dụng lên cả vật đứng yên và vật chuyển động.

Trong trường hợp thể hiện trong hình. 34.2, b,

Tương ứng

Do đó, trong một hệ quay, hạt hành xử như thể nó bị tác dụng bởi hai lực hướng về tâm của vòng tròn: F và cũng là một lực hướng từ tâm (xem Hình 34.2, b). Lực trong trường hợp này cũng có thể được biểu diễn dưới dạng (34.3).

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang tìm biểu thức của lực Coriolis trong trường hợp một hạt chuyển động tương đối so với một hệ quy chiếu quay một cách tùy ý. Tôi đã kết nối các trục tọa độ với hệ thống quay và trục đó tương thích với trục quay (Hình 34.3). Khi đó vectơ bán kính của hạt có thể được biểu diễn dưới dạng

đâu là vectơ đơn vị của trục tọa độ. Quả cầu và quay cùng với hệ quy chiếu với vận tốc góc thì quả cầu đứng yên.

Vị trí của hạt so với hệ đứng yên phải được xác định bằng vectơ bán kính. Tuy nhiên, các ký hiệu biểu thị cùng một vectơ được vẽ từ gốc đến hạt. Vectơ này được ký hiệu là một người quan sát “sống” trong một hệ quy chiếu quay; Theo quan sát của ông, các vectơ đơn vị là cố định nên khi lấy đạo hàm biểu thức (34.4), ông coi các vectơ đơn vị này là các hằng số. Ký hiệu được sử dụng bởi người quan sát đứng yên; đối với nó là vectơ đơn vị và quay với tốc độ co (đơn vị đơn vị đứng yên). Do đó, khi đạo hàm biểu thức bằng (34.4), người quan sát đứng yên phải coi là hàm t, đạo hàm của chúng bằng nhau:

(xem Hình 34.3 và công thức (2.56); vectơ đơn vị vuông góc bằng vectơ đơn vị vuông góc bằng nhau. Đối với đạo hàm bậc hai của vectơ đơn vị theo thời gian, thu được các biểu thức sau:

Hãy tìm vận tốc của hạt so với hệ quy chiếu quay. Để làm điều này, chúng ta vi phân vectơ bán kính (34.4) theo thời gian, coi vectơ đơn vị là hằng số:

Phép vi phân lặp đi lặp lại của biểu thức này sẽ tạo ra gia tốc của tần số so với hệ quy chiếu quay:

Bây giờ chúng ta hãy tìm tốc độ của hạt so với hệ quy chiếu cố định. Để làm điều này, chúng ta hãy vi phân vectơ bán kính (34.4) “với vị trí” của người quan sát đứng yên. Sử dụng ký hiệu thay vì (Nhớ lại rằng ), sẽ tốt hơn:

Đạo hàm biểu thức này một lần nữa theo t, ta tìm được gia tốc của hạt so với hệ đứng yên:

Khi tính đến các công thức (34.5), (34.b) và (34.8), mối quan hệ thu được có thể được chuyển đổi thành dạng:

Chúng ta hãy xem xét tích vectơ và biểu diễn nó dưới dạng định thức (xem (2.33)):

(34.11)

Ngoài ra, với hướng của các trục tọa độ do chúng ta chọn, việc thay thế các giá trị này vào (34.11) sẽ cho

(34.12)

Kết quả thu được cho thấy số hạng thứ hai của công thức: (34.10) có thể viết dưới dạng Biểu thức trong ngoặc ở số hạng cuối của công thức (34.10) bằng thành phần vectơ bán kính vuông góc với trục quay (đến trục) (xem (34.4)). Chúng ta hãy biểu thị thành phần này bằng ký hiệu R (xem hình 5.5). Có tính đến tất cả những gì đã nói, hệ thức (34.10) có thể được viết như sau:

Từ (34.13), suy ra rằng gia tốc của một hạt so với hệ quy chiếu không chuyển động có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của ba gia tốc: gia tốc tương đối với một hệ quay, gia tốc bằng và gia tốc

gọi là gia tốc Coriolis.

Để một hạt chuyển động với gia tốc (34.13), một số vật có hợp lực phải tác dụng lên nó. Theo (34.13)

(sắp xếp lại các thừa số sẽ làm thay đổi dấu của tích vectơ). Kết quả thu được có nghĩa là khi lập phương trình định luật II Newgon trong hệ quy chiếu quay, ngoài lực tương tác còn phải tính đến lực quán tính ly tâm. được xác định theo công thức (33.2), cũng như “lực eriolis, trong trường hợp tổng quát nhất được xác định theo công thức (34.3).

Lưu ý rằng lực Coriolis luôn nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay.

Từ việc so sánh các công thức (34.9), (34.7) và (34.5), suy ra rằng

Sử dụng các phép tính tương tự như các phép tính dẫn chúng ta đến quan hệ (34.13), chúng ta có thể xác minh rằng số hạng cuối cùng của biểu thức thu được bằng . Kể từ đây,

(34.16)

Khi công thức này đi vào (5.8).

Ví dụ về chuyển động có biểu hiện lực quán tính Cornolis. Khi giải thích các hiện tượng gắn liền với chuyển động của các vật thể so với bề mặt trái đất, trong một số trường hợp cần tính đến ảnh hưởng của lực Coriolis. Ví dụ, khi các vật thể rơi tự do, lực Cornolis tác dụng lên chúng, gây ra sự lệch về phía đông so với dây dọi (Hình 34.4). Lực này cực đại ở xích đạo và triệt tiêu ở hai cực.

Một viên đạn đang bay cũng bị lệch do lực quán tính Coriolis (Hình 34.5). Khi bắn từ súng hướng về phía bắc, đạn sẽ lệch về phía đông ở bán cầu bắc và hướng tây ở bán cầu nam. Khi chụp theo kinh tuyến về phía Nam thì các hướng lệch sẽ ngược nhau. Khi bắn dọc theo đường xích đạo, lực Coriolis sẽ đẩy viên đạn về phía Trái đất nếu viên đạn được bắn theo hướng tây và nâng nó lên nếu viên đạn được bắn theo hướng đông. Chúng tôi để người đọc tự nhận thấy rằng lực Coriolis tác dụng lên một vật chuyển động dọc theo kinh tuyến theo bất kỳ hướng nào (bắc hoặc nam) có hướng tương ứng với hướng chuyển động, về bên phải ở bán cầu bắc và về bên trái ở bán cầu nam. Điều này dẫn tới hiện tượng các con sông luôn xói mòn bờ phải ở bán cầu bắc và bờ trái ở bán cầu nam. Những lý do tương tự giải thích cho sự hao mòn không đồng đều của đường ray khi tham gia giao thông đường đôi.

Lực Coriolis cũng xuất hiện khi con lắc dao động. Trong bộ lễ phục. Hình 34.6 cho thấy quỹ đạo của trọng lượng của con lắc (để đơn giản, giả sử con lắc ở vị trí cực). Ở cực bắc, lực Coriolis sẽ luôn hướng về bên phải dọc theo đường đi của con lắc, ở cực nam - về bên trái. Kết quả là quỹ đạo trông giống như một bông hoa hồng.

Như trong hình vẽ, mặt phẳng dao động của con lắc quay tương đối với Trái đất theo hướng mũi tên và nó quay một vòng mỗi ngày. Đối với hệ quy chiếu nhật tâm, tình huống là mặt phẳng dao động không thay đổi và Trái đất quay so với nó, thực hiện một vòng mỗi ngày. Có thể chứng minh rằng ở vĩ độ, mặt phẳng dao động của con lắc quay một góc mỗi ngày.

Do đó, các quan sát chuyển động quay của mặt phẳng dao động của Con lắc (các con lắc được thiết kế cho mục đích này được gọi là con lắc Foucault) cung cấp bằng chứng trực tiếp về sự quay của Trái đất quanh trục của nó.

lực Coriolis

Tính độc đáo của thế giới hệ quay không chỉ giới hạn ở sự tồn tại của lực hấp dẫn hướng tâm. Chúng ta hãy làm quen với một hiệu ứng thú vị khác, lý thuyết về nó được đưa ra vào năm 1835 bởi người Pháp Coriolis.

Chúng ta hãy tự hỏi mình câu hỏi sau: chuyển động thẳng trông như thế nào từ quan điểm của một phòng thí nghiệm quay? Kế hoạch của một phòng thí nghiệm như vậy được thể hiện trong hình. 26. Đường thẳng đi qua tâm biểu thị quỹ đạo thẳng của một vật. Chúng tôi đang xem xét trường hợp đường đi của vật đi qua tâm quay của phòng thí nghiệm của chúng tôi. Đĩa đặt phòng thí nghiệm quay đều; Hình vẽ cho thấy năm vị trí phòng thí nghiệm liên quan đến một quỹ đạo đường thẳng. Đây là vị trí tương đối của phòng thí nghiệm và quỹ đạo của vật thể qua một, hai, ba, v.v. giây. Phòng thí nghiệm, như bạn có thể thấy, quay ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống.

Trên đường dẫn có các mũi tên tương ứng với các đoạn mà cơ thể đi qua theo thứ tự một, hai, ba, v.v. giây. Trong mỗi giây, cơ thể chuyển động theo cùng một đường, vì chúng ta đang nói về chuyển động thẳng và đều (theo quan điểm của một người quan sát đứng yên).

Hãy tưởng tượng vật chuyển động là một quả bóng mới sơn đang lăn trên một chiếc đĩa. Dấu vết nào sẽ còn lại trên đĩa? Công trình xây dựng của chúng tôi cung cấp câu trả lời cho câu hỏi này. Các điểm được đánh dấu bằng đầu mũi tên từ năm bản vẽ sẽ được chuyển sang một bản vẽ. Tất cả những gì còn lại là kết nối những điểm này bằng một đường cong mượt mà. Kết quả của việc xây dựng sẽ không làm chúng ta ngạc nhiên: chuyển động thẳng và đều trông có vẻ cong theo quan điểm của một người quan sát đang quay. Quy tắc sau đây thu hút sự chú ý: một vật chuyển động lệch hoàn toàn về bên phải theo hướng chuyển động. Giả sử rằng đĩa quay theo chiều kim đồng hồ và để người đọc lặp lại việc xây dựng. Nó sẽ chỉ ra rằng trong trường hợp này vật chuyển động, theo quan điểm của người quan sát đang quay, lệch sang trái theo hướng chuyển động.

Ta biết rằng trong hệ quay xuất hiện lực ly tâm. Tuy nhiên, hành động của nó không thể gây ra độ cong của đường đi - xét cho cùng, nó hướng dọc theo bán kính. Điều này có nghĩa là trong các hệ quay, ngoài lực ly tâm còn phát sinh thêm một lực. Nó được gọi là lực Coriolis.

Tại sao, trong các ví dụ trước, chúng ta không gặp phải lực Coriolis và xử lý tốt với lực ly tâm? Lý do là chúng ta chưa xem xét chuyển động của các vật thể từ quan điểm của một người quan sát đang quay. Và lực Coriolis chỉ xuất hiện trong trường hợp này. Chỉ có lực ly tâm tác dụng lên các vật đứng yên trong hệ thống quay. Bàn của phòng thí nghiệm quay được bắt vít vào sàn - nó chịu tác dụng của một lực ly tâm duy nhất. Và trên một quả bóng rơi khỏi bàn và lăn trên sàn của một phòng thí nghiệm đang quay, ngoài lực ly tâm còn có lực Coriolis tác dụng.

Lực Coriolis phụ thuộc vào đại lượng nào? Nó có thể được tính toán, nhưng việc tính toán quá phức tạp để trình bày ở đây. Vì vậy, chúng tôi sẽ chỉ mô tả kết quả tính toán.

Không giống như lực ly tâm, giá trị của nó phụ thuộc vào khoảng cách đến trục quay, lực Coriolis không phụ thuộc vào vị trí của vật. Độ lớn của nó được xác định bởi tốc độ chuyển động của cơ thể, không chỉ bởi độ lớn của tốc độ mà còn bởi hướng của nó so với trục quay. Nếu một vật chuyển động dọc theo trục quay thì lực Coriolis bằng không. Góc giữa vectơ vận tốc và trục quay càng lớn thì lực Coriolis càng lớn; Lực sẽ đạt giá trị lớn nhất khi vật chuyển động vuông góc với trục quay.

Như chúng ta đã biết, vectơ vận tốc luôn có thể được phân tách thành bất kỳ thành phần nào và xem xét riêng biệt hai chuyển động mới nổi mà cơ thể tham gia đồng thời.

Nếu chúng ta phân hủy tốc độ của một vật thành các thành phần của nó

– song song và vuông góc với trục quay thì chuyển động thứ nhất sẽ không chịu tác dụng của lực Coriolis. Giá trị lực Coriolis F k sẽ được xác định bởi thành phần vận tốc

Tính toán dẫn đến công thức

Đây tôi- trọng lượng cơ thể, và N- số vòng quay do hệ thống quay thực hiện trong một đơn vị thời gian. Có thể thấy từ công thức, lực Coriolis càng lớn thì hệ quay càng nhanh và vật chuyển động càng nhanh.

Các tính toán cũng thiết lập hướng của lực Coriolis. Lực này luôn vuông góc với trục quay và phương chuyển động. Trong trường hợp này, như đã đề cập ở trên, lực hướng sang phải dọc theo hướng chuyển động trong một hệ quay ngược chiều kim đồng hồ.

Tác dụng của lực Coriolis giải thích nhiều hiện tượng thú vị xảy ra trên Trái Đất. Trái đất là một quả bóng, không phải một cái đĩa. Vì vậy, biểu hiện của lực Coriolis phức tạp hơn.

Các lực này sẽ ảnh hưởng đến cả chuyển động dọc theo bề mặt trái đất và khi các vật thể rơi xuống trái đất.

Cơ thể có rơi theo phương thẳng đứng không? Không hẳn. Chỉ ở cực, vật mới rơi thẳng đứng. Hướng chuyển động và trục quay của Trái đất trùng nhau nên không có lực Coriolis. Tình hình lại khác ở xích đạo; ở đây hướng chuyển động vuông góc với trục Trái đất. Khi nhìn từ cực Bắc, chuyển động quay của Trái đất xuất hiện ngược chiều kim đồng hồ. Điều này có nghĩa là một vật rơi tự do phải lệch sang bên phải theo hướng chuyển động, tức là. về phía đông. Độ lớn của độ lệch phía đông, lớn nhất ở xích đạo, giảm xuống 0 khi tiến đến gần các cực.

Hãy tính độ lệch tại đường xích đạo. Vì một vật rơi tự do chuyển động với gia tốc đều nên lực Coriolis tăng lên khi vật đến gần mặt đất. Do đó, chúng tôi sẽ giới hạn bản thân trong các tính toán gần đúng. Nếu một vật rơi từ độ cao 80 m thì thời gian rơi kéo dài khoảng 4 s (theo công thức t= sqrt(2 h/g)). Tốc độ trung bình trong quá trình rơi sẽ là 20 m/s.

Chúng ta sẽ thay giá trị tốc độ này vào công thức gia tốc Coriolis 4? nv. Nghĩa N= 1 vòng quay trong 24 giờ sẽ được quy đổi thành vòng quay mỗi giây. Có 24·3600 giây trong 24 giờ, nghĩa là N bằng 1/86400 r/s và do đó gia tốc do lực Coriolis tạo ra bằng?/1080 m/s 2. Quãng đường đi với gia tốc như vậy trong 4 s bằng (1/2)·(?/1080)·4 2 = 2,3 cm. Đây là giá trị của độ lệch phía đông trong ví dụ của chúng ta. Một phép tính chính xác, có tính đến độ không đều của cú rơi, sẽ đưa ra một con số hơi khác - 3,1 cm.

Nếu độ lệch của một vật khi rơi tự do là lớn nhất ở xích đạo và bằng 0 ở hai cực thì chúng ta sẽ quan sát hình ảnh ngược lại trong trường hợp độ lệch dưới tác dụng của lực Coriolis của một vật chuyển động trong mặt phẳng nằm ngang.

Một bệ nằm ngang ở cực bắc hoặc cực nam không khác gì cái đĩa quay mà chúng ta dùng để bắt đầu nghiên cứu về lực Coriolis. Một vật chuyển động dọc theo một bệ như vậy sẽ bị lực Coriolis làm lệch sang phải khi nó di chuyển ở cực bắc và sang trái khi nó di chuyển ở cực nam. Người đọc có thể dễ dàng tính toán, sử dụng cùng công thức tính gia tốc Coriolis, rằng một viên đạn bắn ra từ súng với tốc độ ban đầu 500 m/s sẽ lệch khỏi mục tiêu trong mặt phẳng ngang trong một giây (tức là dọc theo đường đi 500 m) bằng một đoạn bằng 3,5 cm.

Nhưng tại sao độ lệch trong mặt phẳng ngang ở xích đạo lại bằng 0? Nếu không có bằng chứng xác thực thì rõ ràng điều này phải như vậy. Ở cực bắc, vật chuyển động lệch sang phải, ở cực nam - sang trái, nghĩa là nó ở giữa các cực, tức là. ở xích đạo, độ lệch sẽ bằng không.

Chúng ta hãy nhớ lại thí nghiệm với con lắc Foucault. Một con lắc dao động ở một cực giữ nguyên mặt phẳng dao động của nó. Trái đất quay và di chuyển ra khỏi phía dưới con lắc. Đây là lời giải thích được đưa ra cho trải nghiệm của Foucault bởi người quan sát ngôi sao. Và một người quan sát quay cùng với quả địa cầu sẽ giải thích trải nghiệm này bằng lực Coriolis. Thật vậy, lực Coriolis có phương vuông góc với trục Trái đất và vuông góc với phương chuyển động của con lắc; nói cách khác, lực vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc và sẽ làm mặt phẳng này quay liên tục. Bạn có thể làm cho phần cuối của con lắc vẽ quỹ đạo chuyển động. Quỹ đạo là một “hình hoa hồng” như trong hình. 27. Trong hình này, trong một chu kỳ rưỡi dao động của con lắc, “Trái đất” quay một phần tư vòng. Con lắc Foucault quay chậm hơn nhiều. Tại cực, mặt phẳng dao động của con lắc sẽ quay 1/4 độ trong một phút. Ở cực bắc mặt phẳng sẽ quay sang phải dọc theo đường đi của con lắc, ở cực nam nó sẽ quay sang trái.

Ở các vĩ độ của Trung Âu, hiệu ứng Coriolis sẽ ít hơn ở xích đạo. Viên đạn trong ví dụ chúng ta vừa đưa ra sẽ lệch không phải 3,5 cm mà là 2,5 cm. Con lắc Foucault sẽ quay khoảng 1/6 độ trong một phút.

Xạ thủ có nên tính đến lực Coriolis? Khẩu Bertha mà quân Đức dùng để bắn vào Paris trong Thế chiến thứ nhất, cách mục tiêu 110 km. Độ lệch Coriolis trong trường hợp này đạt tới 1600 m, đây không còn là một giá trị nhỏ nữa.

Nếu một viên đạn đang bay được phóng đi một khoảng cách xa mà không tính đến lực Coriolis, nó sẽ bị chệch hướng đáng kể. Hiệu ứng này lớn không phải vì lực lớn (đối với một viên đạn nặng 10 tấn với tốc độ 1000 km/h thì lực Coriolis sẽ vào khoảng 25 kg) mà vì lực tác dụng liên tục trong thời gian dài.

Tất nhiên, tác động của gió lên một viên đạn không được điều khiển có thể không kém phần quan trọng. Việc điều chỉnh tiêu đề do phi công đưa ra là do tác động của gió, hiệu ứng Coriolis và sự không hoàn hảo của máy bay hoặc máy bay phóng đạn.

Những chuyên gia nào, ngoài phi công và xạ thủ, nên tính đến hiệu ứng Coriolis? Kỳ lạ thay, những người này bao gồm cả công nhân đường sắt. Trên đường sắt, một đường ray, dưới tác dụng của lực Coriolis, bên trong bị mòn nhiều hơn đường ray kia. Chúng ta thấy rõ cái nào: ở bán cầu bắc sẽ là đường ray bên phải (theo hướng di chuyển), ở bán cầu nam sẽ là đường ray bên trái. Chỉ có công nhân đường sắt của các nước xích đạo mới không gặp rắc rối về vấn đề này.

Sự xói mòn bờ phải ở bán cầu bắc được giải thích tương tự như sự mài mòn của đường ray.

Độ lệch của kênh phần lớn liên quan đến hoạt động của lực Coriolis. Hóa ra các con sông ở bán cầu bắc vượt qua chướng ngại vật ở phía bên phải.

Được biết, luồng không khí được dẫn đến các khu vực có áp suất thấp. Nhưng tại sao cơn gió như vậy lại được gọi là lốc xoáy? Xét cho cùng, gốc của từ này biểu thị chuyển động tròn (theo chu kỳ).

Mọi chuyện diễn ra như thế này - trong vùng áp suất thấp, xảy ra chuyển động tròn của các khối không khí (Hình 28). Nguyên nhân là do tác dụng của lực Coriolis. Ở Bắc bán cầu, mọi luồng không khí lao về nơi có áp suất thấp đều bị lệch sang bên phải trong chuyển động của chúng. Nhìn vào hình. 29 - bạn thấy điều này dẫn đến sự lệch hướng của gió (gió mậu dịch) thổi ở cả hai bán cầu từ vùng nhiệt đới đến xích đạo về phía Tây.

Tại sao một lực nhỏ như vậy lại có vai trò lớn như vậy trong sự chuyển động của khối không khí?

Điều này được giải thích là do lực ma sát không đáng kể. Không khí dễ dàng di chuyển, một lực nhỏ nhưng tác dụng liên tục sẽ dẫn đến những hậu quả quan trọng.