科里奥利力

另一种明显的力是由地球自转引起的,这种力只有在物体相对于旋转的地球运动时才会出现,这种力被称为科里奥利力,以法国工程师和科学家加斯帕德的名字命名古斯塔夫·科里奥利(1792 - 1843)。事实证明,它比离心力对于洋流和风来说,尽管它的影响相当微妙。地球的球度对科里奥利力本身并不重要,在我们读到本章关于微分旋转和地球的球度的部分之前,我们可以把地球想象成一个旋转的圆盘,旋转轴穿过圆盘的中心北极。

为了直观地了解科里奥利力是什么,可以考虑这样一种情况(希望是想象出来的):一枚导弹从北极向赤道发射,如图3.I.1所示一旦发射,并在地球大气层之上,导弹不受地球在它下面旋转的事实的影响。假设导弹最初的目标是非洲,导弹大约需要6个小时才能到达赤道。当导弹到达赤道时,地球已经旋转了四分之一圈,但导弹没有,所以它将降落在南美洲!从地面上跟踪导弹的人的角度来看,导弹并不是直线飞行,而是向右转向。

如果一枚导弹从赤道向北极发射,它的飞行速度就会很大,与地球表面在赤道处的速度相当。当导弹向极地移动时,它保持向东的速度(实际上,它保持角动量),很快就超过了它下面的地球的速度。从地球表面观察者的角度来看,导弹似乎又转向了右边。从地球上的观察者的角度来看,导弹似乎经历了一种力——科里奥利力——使它转向右边。就像离心力一样,我们引入科里奥利力是为了在旋转参照系中使用牛顿定律。它不是一个真正的力,因为没有其他物体引起它;

动力学简介a)导弹离开极点,瞄准非洲b)导弹走直线,但地球在它下面旋转a)导弹离开极点,瞄准非洲

b)导弹直线飞行,但地球在它下面旋转

c)从地球的角度看,导弹向右偏转
图3.1。从北极向非洲发射的导弹。地球在导弹下方旋转,导弹落在南美洲。从地球上的观察者的角度来看,导弹已经偏转到它的右边,引起这种偏转的力是科里奥利力。

相反,它是地球自转时物体沿直线运动的惯性倾向的一种表现。

现在让我们想象一枚导弹沿着一条纬度线发射,既不朝向赤道,也不远离赤道。首先考虑导弹朝地球自转方向发射的情况。导弹现在正在旋转地球的轴因此,导弹上向外的离心力超过了相对于地球静止的物体的离心力。因此,导弹从旋转轴向外转向,从而转向其原始路径的右侧。同样,如果导弹以与地球自转相反的方向发射,它的旋转速度比静止物体慢,因此它所受到的离心力比静止在地面上时要弱。因此,它被拉向旋转轴,并再次出现偏转到右侧相对于它的旅行方向。事实上,无论导弹的初始方向如何,当它在北半球时,它总是向右转;同样,在南半球,偏转和视力总是在运动方向的左边。因此,在两个半球,远离赤道的物体会向东移动,向东移动的物体会向赤道移动。

继续阅读:差动旋转与地球球性

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