科里奥利力.pptx

科里奥利力南京航空航天大学马学冬相对转动参考系运动（而非静止）的物体，除了要受到离心力的作用外，还要受另一个惯性力，即科里奥利力的作用。为说明物体在转动参考系中运动时所受的惯性力，我们先来看两个简单的运动学效应。一个效应是相对惯性系的匀速直线运动，相对转动系则表现为曲线运动。以匀速转动的转盘为转动系，地面为惯性系，设自上往下看时，转盘沿逆时针方向转动。物体自转盘中心出发相对地面沿一定方向作匀速直线运动，如图1所示。图1中物体相对地面沿直线OABC运动，图2中物体相对转盘则沿曲线OABC3运动。图中标有O、A、B、C的点分别表示相隔相等时间间隔的四个时刻0、1、2、3时物体的位置。在这几个时刻，转盘上的给定半径OC相对地面的位置由OC、OC1、OC2和OC3表示。相对转盘，盘上那条半径OC当然是固定不动的，但在物体由O运动到A的过程中，地面上原来与OC重合的直线已沿顺时针方向转到OC1的位置，因而物体相对盘的位置为A.以后各时刻，该直线相对盘的位置依次为OC2、OC3,而物体的位置则依次为B、C3,如图2所示。物体在转动系中沿过O、A、B、C3的曲线运动。在惯性系中不受外力作用的物体所作的匀速直线运动，在转动的非惯性系中却成了曲线运动。为了从形式上用牛顿定律解释物体的运动，必须认为物体受惯性力作用。上一章指出，相对转动参考系静止的物体离开转轴一定距离时，将受到离心力作用，相对转动参考系运动时也不例外，但离心力沿半径向外，它不可能向物体提供如图1和2所示的曲线运动的法向力，这表明物体在转动的非惯性系中运动时除受离心力外，必定还受到另一个惯性力作用。从图中可看出，当在转动的非惯性系中顺着物体运动方向看时，物体向右偏斜，此惯性力应偏向运动的右方。另一个效应是，相对转动参考系的匀速直线运动，相对惯性系则为曲线运动。如果物体在转盘上沿某一条与盘固连的半径OABC向外作匀速直线运动，则在地面上看来，物体沿过O、A、B、C的螺线运动（图3，4）既然物体在惯性系中作曲线运动，表明物体必受真实力作用。如果要在非惯性系中从形式上用牛顿定律来解释物体的匀速直线运动，必须认为真实力对物体的作用恰好为惯性力抵消，作用于物体的表现力为零。因而物体所受的惯性力与物体所受真实力大小相等、方向相反。我们可以从前一个效应出发，求出物体相对转盘运动时所受的惯性力的大小与方向。设物体从盘心O出发经短时间t到达A点。物体相对地面走的是直线OA，但相对转盘，走的是曲线，如图5的虚线所示。此虚线可近似看成抛物线，所以物体犹如受偏向运动右方的恒力作用，只要求出物体在这段时间内向运动右方偏离的距离AA，即可以求出此力。设物体的速度为v（由于物体离O点很近，牵连速度可忽略，这也就是物体相对转盘的速度），OA=vt，而=wt，所以AAOA=vw（t*2）若物体偏向运动右方的加速度为a，由匀加速运动公式，AA=0.5at*2可见，a=2vw因此，物体所受偏向运动右方的力为F=2mvw考虑到方向，可以将上式写成矢量式：F=2mvw除此以外，物体当然还受离心力作用（在上面讨论中由于物体离O点很近，离心力可忽略），因此在匀速转动参考系中，物体所受的惯性力可表示为1OFi=-F=mw*2rEr+2mvw=Fc+Fcor其中第一项就是离心力，它与物体的运动无关。第二项则是由于物体相对转动系运动而引进的惯性力，称为科里奥利力，用Fcor表示：Fcor=2mv*w向物理学先驱致敬！科里奥利傅科摆：地球的自转对单摆的运动也会产生影响，单摆的振动平面将顺时针方向不断偏转。傅科1851年在巴黎的教堂第一次用摆长达67m，摆球为直径略大于30m的铁球，质量为28kg，单摆振动时所画出的随圆长轴等于3m，摆的振动周期为16s，而随圆旋转的周期则为32h。在历史上，傅科以此第一次显示了地球的自转。傅傅科科摆摆下面来介绍一些科里奥利力的应用傅科我国地处北半球，物体在地面上运动，受地转偏向力作用而自行向右偏转，这种现象在日常生活中还从来没有观察到。人在走路时，也从来不会不自觉地偏到右边去。这完全是因为地转偏向力很小，其效应被其他作用力的效应所掩盖。地转偏向力的效应只有在长时间累积的条件下，才容易察觉。1.柏而定律：该定律是自然地理中一条著名的、从实际观察总结出来的规律，即北半球河流右岸比较陡削，南半球则左岸比较陡削。这可以由地转偏向力得到说明，北半球河水在地转偏向力作用下，对右央求冲刷甚于左岸，长期积累的结果，右岸比较陡峭。地球自转引起水流的科氏惯性力，水流的科氏惯性力冲刷河流右地球自转引起水流的科氏惯性力，水流的科氏惯性力冲刷河流右岸（北半球）岸（北半球）柏而定律图示2.大气环流：大气运动的能量来源于太阳辐射，气压梯度力是大气运动的源动力。全球共有赤道低压带，南、北半球纬度30附近的副热带高压带，南、北半球纬度60附近的副极地低压带，南、北半球的极地高压带等七个气压带。气压带之间在气压梯度力和地转偏向力的作用下形成了低纬环流圈、中纬环流圈和高纬环流圈。由于受地转偏向力的作用，南北向的气流却发生了东西向的偏转。北半球地面附近自北向南的气流，有朝西的偏向。在气压带之间形成了六个风带，即南、北半球的低纬信风带，南、北半球的中纬西风带，南、北半球的极地东风带。大气环流大气环流3.气旋和反气旋：气旋与反气旋是大气中最常见的运动形式，也是影响天气变化的重要天气系统。在气压梯度力和地转偏向力的共同作用下，大气并不是径直对准低气压中心流动，也不是沿辐射方向从高气压中心流出。低气压的气流在北半球向右偏转成按逆时针方向流动的大旋涡，在南半球向左转成按顺时针方向流动的大旋涡，大气的这种流动很象江河海流中水的旋涡，所以又叫气旋。夏秋季节，在我国东南沿海经常出现的台风，就是热带气旋强烈发展的一种形式。高气压的气流在北半球按顺时针方向旋转流出，在南北半球按逆时针方向旋转流出，高气压的这种环流系统叫反气旋。向每一位为物理学事业而奋斗的科学家以及物理老师致敬！2012年3月3号