Кориолис Сила - Биологија
На Сила на Кориолис припаѓа на псевдо или инерцијални сили. Во ротирачките референтни системи, тоа се јавува како додаток на центрифугалната сила кога масата не мирува во ротирачкиот референтен систем (т.е. кога едноставно не „ротира“), туку се движи во однос на референтниот систем. Името го добил по Гаспард Густав де Кориолис, кој математички го добил за прв пат во 1835 година.
Насоката на силата на Кориолис е нормална и на правецот на движење на телото и на оската на ротација на референтниот систем. Нивната количина е пропорционална на масата на подвижното тело, аголната брзина и должината на проекцијата на векторот на брзината на рамнината нормална на оската на ротација. За силата на Кориолис, важен е само оној дел од движењето што не е паралелен со оската на ротација на системот. Ако векторот на брзина и оската на ротација се паралелни, тогаш тоа е нула.
Силата Кориолис игра важна улога во метеорологијата и физичката океанографија. Поради ротацијата на земјата, воздушните и водените маси се движат во ротирачки референтен систем. Ова предизвикува девијација десно во северната хемисфера, што го одредува правецот на вртење на областите со висок и низок притисок.
Вовед - Силата Кориолис на грамофонска плоча
Лице кое почива на ротирачки диск (на пример, рингишпил) доживува центрифугална сила однадвор. Ако се движи по дискот, доживува и сила насочена на страна (нормално на тековната насока на движење). Ова е силата на Кориолис.
Распространета заблуда е дека силата на Кориолис дејствува само со радијални движења, т.е. со оние кои се или насочени подалеку од центарот или кон него. Всушност, тој делува на какви било движења во хоризонталната рамнина во однос на вртливата плоча, е нормално на правецот на движење и има иста количина. [1] Ако дискот ротира надесно - како на сликата - силата на Кориолис дејствува лево во однос на правецот на движење на црвеното тело.
Менувањето паралелно со оската на ротација, нормално на вртливата плоча, не предизвикува сила на Кориолис.
Сила на Кориолис поради земјината ротација
Сила на Кориолис делува на секој подвижен предмет на земјата, што се должи на ротацијата на земјата. Влијанието на Земјината ротација врз движењето на телата за прв пат го проучувал Исак tonутн.
Вертикални движења
Кога се движите надолу (нормално на површината на земјата), силата на Кориолис е насочена кон исток, кога се движи нагоре кон запад. Многу малата девијација север-југ може да се занемари до добро приближување.
Ако испуштите некој предмет, тој ќе се одврати на исток поради силата на Кориолис. Раните мерења на овој ефект доаѓаат од ovanовани Батиста Гугелјемини (1791 година во Болоња), Јохан Фридрих Бензенберг (1802 година во Хамбург) и Фердинанд Рајх (1832 година во Фрајберг), видете есенски експерименти за докажување на ротацијата на земјата.
Заслужен е Марин Мерсен за поставувањето на прашањето каде - без да се разгледа движењето на воздухот и воздушниот отпор - топчето што вертикално стрелало нагоре паѓа на земја. Силата Кориолис го забрзува за време на движењето нагоре кон запад и за време на движењето надолу кон исток. Вашиот вектор на брзина добива хоризонтална компонента, која е насочена кон запад за време на целиот лет и го достигнува својот максимум во пресвртната точка. Како резултат на тоа, се отклонува на запад. Со почетна брзина од 100 m/s и географска ширина од 50 °, отклонувањето кон запад е 65 cm, на пример.
Хоризонтални движења
Со хоризонтални движења на земјата, силата на Кориолис има хоризонтална и вертикална компонента.
Вертикалната компонента е мала во споредба со гравитацијата. Авион што лета источно на екваторот со брзина на звук, на пример, станува полесен за речиси илјадати дел од својата тежина поради вертикалната компонента на силата на Кориолис - ако лета на запад, станува соодветно потежок. Вертикалната компонента на силата Кориолис на земјата игра улога само во пракса како елемент за корекција при прецизни мерења на земјиното гравитационо поле.
На земјата, хоризонталната компонента обично се нарекува „сила на Кориолис“. Хоризонталната компонента го влече набverудувачот што се движи надесно во северната хемисфера и лево во јужната хемисфера, толку е посилен тој е поблиску до половите. Кога се движите по екваторот, хоризонталната компонента на силата на Кориолис е нула. Количината на хоризонталната компонента зависи Не на правецот на движење. Со движење север-југ, точно истата хоризонтална компонента на силата на Кориолис делува како и со движење исток-запад.
Силата Кориолис има големо влијание врз формите на големи движења во атмосферата и во океанот. За прв пат тоа беше разгледувано теоретски во теоријата на плима и осека, утврдена од Лаплас (1778). Влијанието на ветрот врз океанските струи модифицирани од силата на Кориолис, што доведува до десно отклонување на северната хемисфера, го објасни Вагн Валфрид Екман околу 1905 година и е опишано со транспортот Екман (види исто така струја на бришачот). Влијанието на силата на Кориолис врз движењата, на пример во морето и во атмосферата, се карактеризира со бездимензионалниот број на Росби. Колку е помало ова, толку поголемо влијание имаат силите на Кориолис врз движењето.
Влијание на силата на Кориолис врз времето
Силите на Кориолис се одговорни за фактот дека воздушните маси се движат во насока на стрелките на часовникот околу големите области со висок притисок во северната хемисфера и спротивно од стрелките на часовникот околу областите со низок притисок. Во област со низок притисок, воздухот тече навнатре поради градиентот на притисокот. На северната хемисфера, овој проток се одвраќа надесно од силата на Кориолис, што резултира со ротација спротивно од стрелките на часовникот. Резултирачката шема на проток, исто така, може да се објасни со геострофичката рамнотежа помеѓу хоризонталниот градиент на притисок и силата на Кориолис: силата на Кориолис дејствува нанадвор на вртлогот што се врти спротивно од стрелките на часовникот и ја компензира внатрешната сила на градиентот на притисокот. Општо, воздухот во северната хемисфера се врти спротивно од стрелките на часовникот околу областите со низок притисок и стрелките на часовникот околу областите со висок притисок. На јужната хемисфера ова е токму спротивното. Геострофичката рамнотежа само ги обликува временските обрасци од големи размери. Силата Кориолис нема директно влијание врз насоката на вртење на торнадото, на пример. Силата Кориолис, исто така, игра важна улога во формирањето на брановите Росби и брановите Јанаи.
Кориолис форс и железница
Во железничкиот сообраќај, силата на Кориолис на северната хемисфера значи дека, на прави правци, шината од десната страна во правец на патување е подложена на малку поголем товар од левата шина. Воз (на пример, ICE 3 со маса од 400 t) што патува на географска ширина од 51 степен (Келн) со брзина од 250 km/h доживува сила од 3.200 N надесно. Ова одговара на околу една илјада од тежината. Ако возот има осум вагони со по четири оски, секое десно тркало е притиснато надесно кон шината со сила на Кориолис од приближно 100 Н. За споредба, со оваа брзина со радиус на свиок 3000 m има странична сила од 20 000 N на секое тркало, т.е 200 пати повеќе од силата на Кориолис.
Кругови на инерција
Поради силата на Кориолис, воздушна или водена маса што се движи во референтен систем што ротира со земјата со брзина $ \, v $ без влијание на други сили ги опишува „круговите на инерција“ со радиуси од $ \, R = \ tfrac. $ Во средните географски широчини со вредности на параметарот Кориолис (види подолу) од $ \, f = 10 ^ \, \ mathrm ^ $ и типична брзина на тековната океанот од $ 10 ^ \ tfrac >> $, радиусот е $ \, R = 1 \, \ матрм $. Движењето е во насока на стрелките на часовникот во северната хемисфера и спротивно од стрелките на часовникот во јужната хемисфера. Периодот на движење на орбитата е $ T = \ tfrac, $ z. Б. на 60 степени географска ширина околу 15 часа. Ти беше з. Б. набудуван со слободно лебдечки пловила на Балтичкото Море, кои првично ја следеле површинската струја засилена од силни ветрови, но откако ветрот се смирил, опишани кружни орбити или циклоиди (бидејќи струјата беше надредена на кружните движења). [2] Силите на Кориолис играат важна улога во текот на океанските и воздушните струи, заедно со другите сили што се балансираат со него или дури и доминираат над неа (геострофија).
Силата на Кориолис и нишалото на Фуко
Концептот на силата Кориолис овозможува едноставно разбирање на нишалото на Фуко. Бидејќи нишалото (на северната хемисфера) се влече надесно од силата на Кориолис, неговата рамнина на осцилација се врти. Брзината на вртење се намалува со зголемување на растојанието од столбот.
Ерозија на речниот брег
Силата Кориолис значи и дека на северната хемисфера оние речни брегови кои се наоѓаат десно во правец на проток се еродираат во просек повеќе од оние од левата страна. Овој феномен за прв пат е опишан во 1763 година од Михаил Васиjевич Ломоносов. Првите објаснувања беа од П. А. Слоузов (1827) и Карл Ернст фон Баер (1856). [3] Иако овие истражувачи верувале дека ефектот се случил само во реките што течат од југ кон север, сепак ефектот се нарекува Закон на Баер назначен. Правилното гледиште дека ефектот е независен од правецот на проток први го формулираше quesак Бабинет во 1859 година, а подоцна и Алберт Ајнштајн [4] (1926). [5]
Влијание на силата на Кориолис врз дренажата на водата во слив
Заедничко мислење во врска со силата на Кориолис се однесува на однесувањето на ротацијата на вител на вода, на пример во када. Ако се отвори одводот, добиениот вртлок треба да се движи спротивно од стрелките на часовникот во северната хемисфера и во насока на стрелките на часовникот во јужната хемисфера - слично на областите со низок притисок во атмосферата. Всушност, силата на Кориолис не игра практична улога во толку мали димензии. Во споредба со другите влијанија, на пример веќе постојните струи, влијанието на силата на Кориолис е занемарливо. [6] [7]
Кориолис сила во технологијата
Силите на Кориолис се важни во технологијата кога ротирачкото движење е „надредено“ со второ движење. Ова е случај, на пример, со робот што ротира и во исто време ја продолжува раката за стискање.
Формули
Кориолисовата сила $ \ vec F_ \ mathrm $ делува на тело што се движи во ротирачка референтна рамка.
$ \ vec F_ \ mathrm = -2 \, m \ лево (\ vec \ омега \ пати \ vec v \ десно), $
- $ m $ е масата на телото што се движи,
- $ \ vec \ омега $ аголната брзина на референтниот систем и
- $ \ vec v $ е вектор на брзина на движење на телото во однос на ротирачката референтна рамка.
Ако е познат аголот помеѓу оската на ротација и насоката на движење, скаларните вредности може да се користат за пресметки. Ако референтниот систем ротира надесно, силата на Кориолис дејствува лево во однос на правецот на движење. Кога е свртено налево, работи десно.
$ F_ \ mathrm = 2 \, m \, \ омега \, v \ sin \ varphi = 2 \, m \, \ омега \, v_> $
- $ \ varphi $ Агол помеѓу векторот на брзината и аголната брзина
- $ v_> $ компонента на брзината паралелна со рамнината на ротација или нормална на аголната брзина
Во анимацијата со преклопување, векторот на силата на Кориолис за радијално и тангентно движење на сферата е нацртан на грамофон (набvationудување од ко-ротирачки референтен систем). Ако знакот е обратен, силата на Кориолис соодветствува точно на ограничувачката сила што треба да се искористи за присилување на извлечената топка на прикажаните патеки (тука центрифугалната сила не се зема предвид).