Четвер, 02.05.2024, 07:42
Вітаю Вас, Гість
4.3. СИЛА КОРІОЛІСА.

Сила Коріоліса — одна з сил інерції, що існує в системі відліку, що обертається, і виявляється при русі в напрямі під кутом до осі обертання.

Маятник Фуко – масивне тіло, підвішене до довгого підвісу. З точки зору інерційного спостерігача на нього діють тільки сила тяжіння і сила натягу, тому він коливається в одній площині. Але Земля обертається відносно інерційного спостерігача, тому на полюсі відносно Землі площина коливань маятника буде обертатися з частотою 1 оберт за добу протилежно до напрямку обертання Землі.

В помірних широтах площина коливань маятника обертається з частотою sinφ обертів за добу (φ - широта місцевості),
а на екваторі – не міняє свого кута відносно поверхні землі, хоча прямолінійною вона буде тільки при коливаннях вздовж екватора (форму траєкторії при русі вздовж меридіана пропоную вияснити самостійно). Дослід Фуко в 1850 р. був безпосереднім доказом обертання Землі.
Маятник Фуко

Пояснення: Нехай тіло на підвісі рухається в північній півкулі вздовж земного меридіана АВ на південь, а сам підвіс – на схід по ходу обертання Землі.

Тоді з точки зору інерційного спостерігача через деякий час воно переміститься з т.А в т.В’. Але на широті ВВ’’ т.В за цей час переміститься в т.В’’. Отже, з точки зору спостерігача на Землі тіло відхилиться вправо по ходу на кут Δφ. Якщо тіло рухається вздовж меридіана АВ на північ, то воно переміститься з т.В в т.А’, тобто з точки зору спостерігача на Землі також відхилиться вправо по ходу. З точки зору інерційного спостерігача у площині, паралельній до поверхні землі, сили на маятник не діють, тому він коливається в одній площині. Та з точки зору земного спостерігача на маятник діє сила Коріоліса, яка й відхиляє його постійно вправо. Траєкторія маятника утворює багатопелюсткову розетку. Навіть при русі вздовж паралелі маятник обов’язково певний час матиме меридіональну складову, що призведе до такого ж відхилення по куту. Сила Коріоліса перпендикулярна до осі обертання і до напрямку швидкості тіла і пропорційна швидкості тіла та кутовій швидкості обертання системи, виражається через векторний добуток: F=2m[vω]. Напрям сили Коріоліса визначається за правилом правогвинтової системи для трійки векторів, а саме: якщо дивитись уздовж вектора сили, то вектор лінійної швидкості v повертається до вектора кутової швидкості ω за найменшим кутом у напрямі за рухом стрілки годинника. Якщо тіло рухається вздовж осі обертання, коріолісової сили не виникає. Найбільше значення коріолісова сила має тоді, коли тіло рухається перпендикулярно до осі обертання (на полюсах).

У південній півкулі площина маятника, навпаки, буде обертатися проти годинникової стрілки.

Якщо незакріплене тіло знаходиться на ідеально гладкій поверхні каруселі, то в горизонтальній площині на нього не діють ніякі реальні сили. При обертанні каруселі воно буде перебувати в спокої відносно землі, відносно каруселі – рухається по колу, причому сила інерції напрямлена до центру. Якщо надати тілу, яке знаходиться на ідеально гладкій поверхні каруселі, швидкість у напрямку від центру до краю, то відносно землі його рух буде залишатися рівномірним і прямолінійним. Але відносно каруселі, оскільки воно рівномірно віддаляється від центру, тангенціальна складова швидкості постійно зростає (v=Rω, ω=const), тобто на тіло діє сила Коріоліса перпендикулярно до напрямку його руху. В результаті воно відхиляється в протилежний до напрямку обертання каруселі бік, а його траєкторія має вигляд спіралі.

Щоб тіло при переміщенні до краю диску залишалось на радіусі АБ каруселі, йому потрібно надати прискорення в бік обертання диску (прикласти реальну силу, протилежну на напрямком до сили Коріоліса), інакше воно відхилиться вправо.

Внаслідок дії сили Коріоліса у північній півкулі праві береги річок розмиті і круті, а ліві – пологі, сильніше зношується права рейка на залізниці, пасати дмуть з Пн-Сх на Пд-Зх, причому вітри можуть закручуватись по колу.

Вири на річках закручуються за годинниковою стрілкою, у південній півкулі – навпаки.
Гольфстрім відхиляється від меридіана в бік Європи.

Ще один цікавий прояв дії сили інерції: Падаючі тіла відхиляються від вертикалі на схід, оскільки вони зберігають горизонтальну складову своєї швидкості, а поверхня землі рухається повільніше, ніж точка над землею (на башті, наприклад). Це проявляється тим сильніше, чим ближче точка спостереження до екватора.