Kai fizika tiria kūnų judėjimo procesą neinercinėse atskaitos sistemose, reikia atsižvelgti į vadinamąjį Koriolio pagreitį. Straipsnyje pateiksime jo apibrėžimą, parodysime, kodėl jis atsiranda ir kur jis pasireiškia Žemėje.
Kas yra Koriolio pagreitis?
Trumpai atsakydami į šį klausimą galime pasakyti, kad tai yra pagreitis, atsirandantis dėl Koriolio jėgos veikimo. Pastarasis pasireiškia, kai kūnas juda neinerciškai besisukančioje atskaitos sistemoje.
Prisiminkite, kad neinercinės sistemos juda su pagreičiu arba sukasi erdvėje. Daugumoje fizinių problemų manoma, kad mūsų planeta yra inercinė atskaitos sistema, nes jos kampinis sukimosi greitis yra per mažas. Tačiau svarstant šią temą daroma prielaida, kad Žemė yra neinercinė.
Neinercinėse sistemose yra fiktyvių jėgų. Stebėtojo požiūriu neinercinėje sistemoje šios jėgos atsiranda be jokios priežasties. Pavyzdžiui, išcentrinė jėga yranetikras. Jo atsiradimą lemia ne poveikis kūnui, o jame esanti inercijos savybė. Tas pats pasakytina ir apie Koriolio jėgą. Tai fiktyvi jėga, kurią sukelia inercinės kūno savybės besisukančioje atskaitos sistemoje. Jo pavadinimas siejamas su prancūzo Gaspardo Koriolio vardu, kuris pirmasis jį apskaičiavo.
Koriolio jėga ir judėjimo erdvėje kryptys
Susipažinę su Koriolio pagreičio apibrėžimu, dabar panagrinėkime konkretų klausimą – kokiomis kūno judėjimo kryptimis erdvėje besisukančios sistemos atžvilgiu tai vyksta.
Įsivaizduokime diską, besisukantį horizontalioje plokštumoje. Per jos centrą eina vertikali sukimosi ašis. Tegul kūnas atsiremia į diską jo atžvilgiu. Ramybės būsenoje jį veikia išcentrinė jėga, nukreipta išilgai spindulio nuo sukimosi ašies. Jei nėra įcentrinės jėgos, kuri tam prieštarautų, kūnas nuskris nuo disko.
Dabar tarkime, kad kūnas pradeda judėti vertikaliai aukštyn, ty lygiagrečiai ašiai. Tokiu atveju jo tiesinis sukimosi aplink ašį greitis bus lygus disko greičiui, ty Koriolio jėgos neatsiras.
Jei kūnas pradėjo daryti radialinį judėjimą, tai yra, jis pradėjo artėti arba tolti nuo ašies, tada atsiranda Koriolio jėga, kuri bus nukreipta tangentiškai disko sukimosi krypčiai. Jo išvaizda yra susijusi su kampinio impulso išsaugojimu ir tam tikru disko taškų, esančių ant jo, tiesinių greičių skirtumu.skirtingi atstumai nuo sukimosi ašies.
Galų gale, jei kūnas juda liestiniu būdu prie besisukančio disko, atsiras papildoma jėga, kuri stums jį arba link sukimosi ašies, arba toliau nuo jos. Tai yra radialinis Koriolio jėgos komponentas.
Kadangi Koriolio pagreičio kryptis sutampa su nagrinėjamos jėgos kryptimi, šis pagreitis taip pat turės du komponentus: radialinį ir tangentinį.
Jėgos ir pagreičio formulė
Jėga ir pagreitis pagal antrąjį Niutono dėsnį yra susiję vienas su kitu tokiu ryšiu:
F=ma.
Jei panagrinėsime aukščiau pateiktą pavyzdį su kūnu ir besisukančiu disku, galime gauti kiekvieno Koriolio jėgos komponento formulę. Norėdami tai padaryti, taikykite kampinio momento išsaugojimo įstatymą, taip pat prisiminkite įcentrinio pagreičio formulę ir kampinio ir tiesinio greičio ryšio išraišką. Apibendrinant, Koriolio jėga gali būti apibrėžta taip:
F=-2m[ωv].
Čia m yra kūno masė, v yra jo tiesinis greitis neinerciniame rėme, ω yra paties atskaitos rėmo kampinis greitis. Atitinkama Koriolio pagreičio formulė bus tokia:
a=-2[ωv].
Greičių vektorinė sandauga yra laužtiniuose skliaustuose. Jame yra atsakymas į klausimą, kur nukreiptas Koriolio pagreitis. Jo vektorius nukreiptas statmenai tiek sukimosi ašiai, tiek kūno linijiniam greičiui. Tai reiškia, kad tiriamaspagreitis sukelia tiesios judėjimo trajektorijos kreivumą.
Koriolio jėgos įtaka patrankos sviedinio skrydžiui
Norėdami geriau suprasti, kaip tiriama jėga pasireiškia praktikoje, apsvarstykite šį pavyzdį. Tegul patranka, būdama nuliniame dienovidiniame ir nulinėje platumoje, šaudo tiesiai į šiaurę. Jei Žemė nesisuktų iš vakarų į rytus, šerdis kris 0° ilgumos. Tačiau dėl planetos sukimosi branduolys kris kitoje ilgumoje, pasislinkęs į rytus. Tai yra Koriolio pagreičio rezultatas.
Apibūdinto efekto paaiškinimas yra paprastas. Kaip žinote, Žemės paviršiaus taškai kartu su oro masėmis virš jų turi didelį linijinį sukimosi greitį, jei jie yra žemose platumose. Kylant iš patrankos šerdis turėjo didelį linijinį sukimosi greitį iš vakarų į rytus. Dėl tokio greičio jis dreifuoja į rytus, kai skrendama didesnėse platumose.
Koriolio efektas ir jūros bei oro srovės
Koriolio jėgos poveikis ryškiausiai matomas vandenyno srovių ir oro masių judėjimo atmosferoje pavyzdyje. Taigi Golfo srovė, prasidėjusi Šiaurės Amerikos pietuose, dėl pastebėto poveikio kerta visą Atlanto vandenyną ir pasiekia Europos krantus.
Kalbant apie oro mases, pasatai, kurie visus metus žemose platumose pučia iš rytų į vakarus, yra aiškus Koriolio jėgos poveikio pasireiškimas.
Problemos pavyzdys
FormulėKoriolio pagreitis. Jį reikia naudoti norint apskaičiuoti pagreičio dydį, kurį įgyja kūnas, judėdamas 10 m/s greičiu 45 ° platumoje.
Norėdami naudoti pagreičio formulę mūsų planetos atžvilgiu, turėtumėte pridėti prie jos priklausomybę nuo platumos θ. Darbo formulė atrodys taip:
a=2ωvsin(θ).
Minuso ženklas buvo praleistas, nes jis apibrėžia pagreičio kryptį, o ne jo modulį. Žemei ω=7,310-5rad/s. Į formulę pakeitę visus žinomus skaičius, gauname:
a=27, 310-510sin(45o)=0,001 m/ c 2.
Kaip matote, apskaičiuotas Koriolio pagreitis yra beveik 10 000 kartų mažesnis už gravitacinį pagreitį.
