Физик нь инерциал бус жишиг систем дэх биеийн хөдөлгөөний үйл явцыг судлахдаа Кориолис хурдатгал гэж нэрлэгддэг зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Нийтлэлд бид түүний тодорхойлолтыг өгч, яагаад үүсдэг, дэлхий дээр хаана илэрдэгийг харуулах болно.
Кориолисын хурдатгал гэж юу вэ?
Энэ асуултад товчхон хариулахын тулд энэ нь Кориолис хүчний үйл ажиллагааны үр дүнд үүсдэг хурдатгал гэж хэлж болно. Сүүлийнх нь бие нь инерциал бус эргэдэг жишиг системд шилжих үед илэрдэг.
Инерцийн бус системүүд хурдатгалтай хөдөлдөг эсвэл огторгуйд эргэдэг гэдгийг санаарай. Ихэнх физик асуудлын хувьд манай гарагийг эргэх өнцгийн хурд нь хэтэрхий бага байдаг тул инерцийн лавлагааны систем гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч энэ сэдвийг авч үзэхэд Дэлхий инерциал биш гэж үздэг.
Инерцийн бус системд зохиомол хүч байдаг. Инерцийн бус систем дэх ажиглагчийн үүднээс эдгээр хүч нь ямар ч шалтгаангүйгээр үүсдэг. Жишээлбэл, төвөөс зугтах хүчхуурамч. Түүний гадаад төрх нь биед үзүүлэх нөлөөллөөс бус харин түүний доторх инерцийн шинж чанараас үүдэлтэй юм. Кориолисийн хүчинд мөн адил хамаарна. Энэ нь эргэлдэх хүрээн дэх биеийн инерцийн шинж чанараас үүдэлтэй зохиомол хүч юм. Энэ нэр нь анх тооцоолсон франц хүн Гаспард Кориолисийн нэртэй холбоотой юм.
Кориолисын хүч ба орон зай дахь хөдөлгөөний чиглэл
Кориолисын хурдатгалын тодорхойлолттой танилцсаны дараа бид эргэдэг системтэй харьцуулахад огторгуй дахь биеийн хөдөлгөөний ямар чиглэлд явагддаг вэ гэсэн тодорхой асуултыг авч үзье.
Дискийг хэвтээ хавтгайд эргэдэг гэж төсөөлье. Босоо эргэлтийн тэнхлэг нь түүний төвөөр дамжин өнгөрдөг. Биеийг түүнтэй харьцуулахад дискэн дээр байрлуул. Амрах үед үүн дээр эргэлтийн тэнхлэгээс радиусын дагуу чиглэсэн төвөөс зугтах хүч үйлчилдэг. Хэрэв түүнийг эсэргүүцэх төв рүү чиглэсэн хүч байхгүй бол бие нь дискнээс ниснэ.
Одоо бие босоо дээшээ, өөрөөр хэлбэл тэнхлэгтэй параллель хөдөлж эхлэв гэж бодъё. Энэ тохиолдолд түүний тэнхлэгийг тойрон эргэх шугаман хурд нь дискнийхтэй тэнцүү байх бөгөөд өөрөөр хэлбэл Кориолис хүч үүсэхгүй.
Хэрэв бие нь радиаль хөдөлгөөн хийж эхэлбэл, өөрөөр хэлбэл тэнхлэгээс ойртож эсвэл холдож эхэлсэн бол Кориолис хүч гарч ирэх бөгөөд энэ нь дискний эргэлтийн чиглэлд тангенциал чиглэнэ. Түүний гадаад төрх нь өнцгийн импульс хадгалагдах, дискний цэгүүдийн шугаман хурдны тодорхой ялгаа байгаатай холбоотой юм.эргэлтийн тэнхлэгээс өөр зай.
Эцэст нь, хэрэв бие нь эргэлдэх диск рүү тангенциал байдлаар хөдөлвөл түүнийг эргүүлэх тэнхлэг рүү эсвэл түүнээс холдуулах нэмэлт хүч гарч ирнэ. Энэ нь Кориолис хүчний радиаль бүрэлдэхүүн хэсэг юм.
Кориолисын хурдатгалын чиглэл нь авч үзсэн хүчний чиглэлтэй давхцаж байгаа тул энэ хурдатгал нь мөн радиаль ба тангенциал гэсэн хоёр бүрэлдэхүүн хэсэгтэй байна.
Хүч ба хурдатгалын томьёо
Ньютоны 2-р хуулийн дагуу хүч ба хурдатгал нь дараах хамаарлаар өөр хоорондоо хамааралтай:
F=ma.
Дээрх жишээг бие болон эргэдэг дисктэй авч үзвэл Кориолис хүчний бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн томъёог гаргаж болно. Үүнийг хийхийн тулд өнцгийн импульс хадгалагдах хуулийг хэрэглэхээс гадна төв рүү чиглэсэн хурдатгалын томъёо, өнцгийн болон шугаман хурдны хамаарлын илэрхийлэлийг эргэн санах хэрэгтэй. Дүгнэж хэлэхэд Кориолис хүчийг дараах байдлаар тодорхойлж болно:
F=-2м[ωv].
Энд m нь биеийн масс, v нь түүний инерциал бус систем дэх шугаман хурд, ω нь жишиг хүрээний өөрийнх нь өнцгийн хурд юм. Холбогдох Кориолис хурдатгалын томъёо нь дараах хэлбэртэй байна:
a=-2[ωv].
Хурдны вектор үржвэрийг дөрвөлжин хаалтанд бичнэ. Энэ нь Кориолис хурдатгал хаашаа чиглэсэн вэ гэсэн асуултын хариултыг агуулдаг. Түүний вектор нь эргэлтийн тэнхлэг ба биеийн шугаман хурдны аль алинд нь перпендикуляр чиглэнэ. Энэ нь судалсан гэсэн үгхурдатгал нь хөдөлгөөний шулуун шугамын муруйлтад хүргэдэг.
Их бууны сум нисэхэд Кориолис хүчний нөлөө
Судалсан хүч нь практикт хэрхэн илэрдэгийг илүү сайн ойлгохын тулд дараах жишээг анхаарч үзээрэй. Их буу нь тэг голчид ба тэг өргөрөгт байгаа тул хойд зүг рүү шууд бууд. Хэрэв дэлхий баруунаас зүүн тийш эргэдэггүй байсан бол цөм нь 0 ° уртрагийн дагуу унах болно. Гэсэн хэдий ч гаригийн эргэлтийн улмаас цөм нь зүүн тийш шилжсэн өөр уртрагийн дагуу унах болно. Энэ нь Кориолис хурдатгалын үр дүн юм.
Тайлбарласан нөлөөний тайлбар нь энгийн. Та бүхний мэдэж байгаагаар дэлхийн гадаргуу дээрх цэгүүд агаарын масстай хамт бага өргөрөгт байрладаг бол шугаман эргэлтийн хурд ихтэй байдаг. Их буунаас хөөрөх үед цөм нь баруунаас зүүн тийш өндөр шугаман эргэлттэй байв. Энэ хурд нь өндөр өргөрөгт нисэх үед зүүн тийш зөрөхөд хүргэдэг.
Кориолисын эффект ба далайн болон агаарын урсгал
Далайн урсгал болон агаар мандал дахь агаарын массын хөдөлгөөний жишээн дээр Кориолис хүчний нөлөө хамгийн тод харагдаж байна. Ийнхүү Персийн булангийн урсгал Хойд Америкийн өмнөд хэсгээс эхэлж, Атлантын далайг бүхэлд нь гаталж, тэмдэглэсэн нөлөөгөөр Европын эрэгт хүрдэг.
Агаарын массын хувьд нам өргөрөгт бүтэн жилийн турш зүүнээс баруун тийш салхилах салхи нь Кориолис хүчний нөлөөний тод илрэл юм.
Жишээ асуудал
ТомъёоКориолис хурдатгал. Үүнийг 45 ° өргөрөгт 10 м/с хурдтай хөдөлж буй бие олж авах хурдатгалын хэмжээг тооцоолоход ашиглах шаардлагатай.
Манай гарагтай холбоотой хурдатгалын томъёог ашиглахын тулд θ өргөргийн хамаарлыг нэмэх хэрэгтэй. Ажлын томъёо нь дараах байдлаар харагдах болно:
a=2ωvsin(θ).
Хасах тэмдэг нь хурдатгалын модулийг бус харин чиглэлийг тодорхойлдог тул орхигдуулсан. Дэлхийн хувьд ω=7.310-5рад/с. Томъёонд мэдэгдэж буй бүх тоог орлуулснаар бид дараахийг авна:
a=27, 310-510sin(45o)=0.001 м/ c 2.
Таны харж байгаагаар Кориолисийн тооцоолсон хурдатгал нь таталцлын хурдатгалаас бараг 10000 дахин бага байна.
