ממאמר זה לא תלמדו שום דבר חדש על הגדות הימניות התלולות של נהרות בחצי הכדור הצפוני, על כיווני הסיבוב של ציקלונים אטמוספריים ואנטיציקלונים, על רוחות סחר ועל סערת מים בפתח הניקוז של אמבטיה או כיור. . מאמר זה יספר לכם על...

מקורות המושגים "האצת קוריוליס" ו"כוח קוריוליס".

לפני שאתחיל לענות על השאלה בכותרת המאמר, אני רוצה להזכיר לך כמה הגדרות. כדי לפשט את ההבנה בעת לימוד התנועות המורכבות של גופים במכניקה תיאורטית, הוצגו המושגים של תנועה יחסית וניידת, כמו גם המהירויות והתאוצות הטבועות שלהם.

קרוב משפחהתנועה מאופיינת במסלול יחסי, מהירות יחסית vrelותאוצה יחסית אrelומייצג את התנועה של נקודה חומרית ביחס ל ניידמערכות קואורדינטות.

ניידתנועה המאופיינת במסלול נייד, מהירות ניידת vנתיבוהאצה ניידת אנתיב, מייצג את התנועה של מערכת הקואורדינטות הנעה יחד עם כל נקודות המרחב הקשורות אליה באופן נוקשה ביחס ל ללא תנועהמערכת קואורדינטות (אבסולוטית).

מוּחלָטתנועה המאופיינת במסלול מוחלט, מהירות מוחלטת vוהאצה מוחלטת א, זוהי התנועה של הנקודה היחסית ללא תנועהמערכות קואורדינטות.

א — - וקטור

א - ערך מוחלט (מודולוס)

אני מתנצל על החריגה מהשימוש בסמלים מקובלים בייעוד וקטורים.

נוסחאות בסיסיות לתנועה מורכבת של נקודת חומר פנימה צורה וקטורית:

v-= vrel - + vנתיב -

א-= אrel - + אנתיב - + אהליבה -

אם עם מהירות הכל ברור והגיוני, אז עם האצה הכל לא כל כך ברור. מהו הווקטור השלישי הזה? ליבה -? מאיפה הוא הגיע? בדיוק זה - האיבר השלישי של המשוואה הווקטורית להאצת נקודה חומרית במהלך תנועה מורכבת - תאוצת קוריוליס - מוקדש מאמר זה.

אם תאוצה יחסית היא פרמטר של שינוי במהירות היחסית בתנועה היחסית של נקודה חומרית, תאוצה ניידת היא פרמטר של שינוי במהירות ניידת בתנועה ניידת, אז תאוצת קוריוליס מאפיינת את השינוי במהירות היחסית של נקודה בתנועה ניידת ומהירות ניידת בתנועה יחסית. לא ברור? בואו להבין את זה, כרגיל, עם דוגמה!

כיצד מתרחשת האצת קוריוליס?

1. האיור שלהלן מציג מנגנון המורכב מנדנדה המסתובב במהירות זוויתית קבועה ω לכלסביב נקודה O ומחוון נע לאורך המגלשה במהירות ליניארית קבועה vrel. כתוצאה מכך, התאוצה הזוויתית של השלב ומערכת הקואורדינטות הנעה הקשורה (ציר X) נתיב εשווה לאפס. התאוצה הליניארית של נקודה C של המחוון היא גם אפס אrelביחס לאחורי הקלעים (מערכת קואורדינטות נעה - ציר x).

ω lane = const ε lane = 0

v rel = const a rel = 0

2. כפי שניתן לנחש מהקיצורים, התנועה היחסית בדוגמה שלנו היא תנועה ישרה של הסליידר - נקודה C - לאורך המגלשה, והתנועה הניידת היא סיבוב הסליידר יחד עם הסלייד מסביב למרכז - נקודה O. ציר x 0 הוא ציר של מערכת קואורדינטות קבועה.

3. מה מאיץ נתיב ε = 0ו a rel = 0זה לא נבחר במקרה בדוגמה. זה יקל ויפשט את התפיסה וההבנה של המהות והטבע של התרחשות תאוצת קוריוליס וכוח קוריוליס שנוצר על ידי האצה זו.

4. במהלך תנועה ניידת (סיבוב של השקופית), וקטור המהירות הלינארית היחסית v rel1 -יפנה תוך פרק זמן קצר dtבזווית קטנה מאוד dφויקבל תוספת (שינוי) בצורה של וקטור dv rel - .

dφ = ω ln * dt

dv rel -= v rel2 -— v rel1 -

dv rel = v rel * dφ = v rel * ω לכל * dt

5. וקטור מהירות יחסית של נקודה C v rel2- בעמדה מס' 2, הוא שמר על גודלו וכיוונו ביחס למערכת הקואורדינטות הנעה - ציר ה-x. אבל במרחב המוחלט, הווקטור הזה הסתובב בגלל תנועת התרגום בזווית dφונע עקב תנועה יחסית למרחק dS !

6. כאשר זווית הסיבוב שואפת לאפס dφוקטור שינוי מהירות יחסי dv rel -יהיה מאונך לווקטור המהירות היחסית v rel2 - .

7. שינוי במהירות יכול להיגרם רק על ידי נוכחות של תאוצה שאינה אפס, אשר נקודה C תרכוש את הכיוון של הווקטור של תאוצה זו א 1 -עולה בקנה אחד עם הכיוון של וקטור שינוי המהירות היחסי dv rel - .

a 1 = dv rel / dt = v rel * ω per

8. עם תנועה יחסית (תנועה לינארית של נקודה C של המחוון לאורך המגלשה), הווקטור של המהירות הליניארית הניידת מסלול v -בפרק זמן קצר dtיזוז מרחק dSויקבל תוספת (שינוי) - וקטור מסלול dv - .

dS = v rel * dt

נתיב dv - = v per2 - — v per1 - — מסלול dv c -

dv lane = ω lane * dS = ω lane * v rel * dt

9. וקטור מהירות העברה של נקודה C v per2- בעמדה מס' 2 היא הגדילה את גודלה ושמרה על הכיוון שלה ביחס למערכת הקואורדינטות הנעה - ציר ה-x. במערכת קואורדינטות קבועה (ציר x 0), וקטור זה הסתובב עקב תנועת התרגום בזווית dφוזז מרחק dSהודות לתנועה הניידת!

10. באנלוגיה למהירות היחסית, שינוי נוסף במהירות ההעברה יכול להיגרם רק על ידי נוכחות של תאוצה שאינה אפס, שנקודה C תרכוש בתנועה זו. כיוון הווקטור של תאוצה זו א 2 -עולה בקנה אחד עם הכיוון של וקטור השינוי במהירות ההעברה מסלול dv - .

a 2 = dv per / dt = ω לכל * v rel

11. הופעת וקטור השינוי במהירות ההעברה dv c per - Vגרם ל ניידתנועה (סיבוב)! נקודה C מושפעת מהאצה ניידת אנתיב– במקרה שלנו, צנטריפטלי, שהווקטור שלו מכוון למרכז הסיבוב, נקודה O.

מסלול 2 = ω מסלול 2 * S 2

בדוגמה שלנו, תאוצה זו פועלת גם ברגע הזמן הראשוני (בעמדה מס' 1), ערכה שווה ל:

מסלול 1 = ω מסלול 2 * S 1

12. וקטורים א 1 -ו א 2 -יש את אותו כיוון! באיור, זה לא לגמרי נכון מבחינה ויזואלית בגלל חוסר האפשרות לצייר דיאגרמה ברורה בזווית סיבוב קרובה לאפס dφ. למצוא את סך התאוצה הנוספת של נקודה C, שהיא קיבלה עקב שינוי בוקטור המהירות היחסית v rel1 -בתנועה ניידת ובווקטור מהירות נייד v per1 -בתנועה יחסית יש צורך להוסיף וקטורים א 1 -ו א 2 -. זה מה שזה האצת קוריוליסנקודה ג'.

ליבה - = א 1 - + א 2 -

ליבה = a 1 + a 2 = 2 * ω לכל * v rel

13. תלות בסיסית של המהירות והתאוצה של נקודה C במערכת קואורדינטות קבועה בצורות וקטוריות ומוחלטות לדוגמא שלנונראה כמו זה:

v-= v rel -+ מסלול v -

v = (v rel 2 + ω לכל 2 * S 2) 0.5

א-= אנתיב - + אהליבה -

a = (ω מסלול 4 * S 2 + ליבה 2) 0.5 = (ω מסלול 4 * S 2 + 4 * ω מסלול 2 * v rel 2) 0.5

תוצאות ומסקנות

האצת קוריוליס מתרחשת במהלך תנועה מורכבת של נקודה רק כאשר מתקיימים בו זמנית שלושה תנאים בלתי תלויים:

1. תנועת ההעברה חייבת להיות סיבובית. כלומר, המהירות הזוויתית של התנועה הניידת לא חייבת להיות שווה לאפס.

3. תנועה יחסית חייבת להיות פרוגרסיבית. כלומר, המהירות הליניארית של התנועה היחסית לא צריכה להיות שווה לאפס.

כדי לקבוע את כיוון וקטור התאוצה של קוריוליס, יש צורך לסובב את וקטור המהירות היחסית הליניארית ב-90° בכיוון הסיבוב הנייד.

אם לנקודה יש ​​מסה, אזי, לפי החוק השני של ניוטון, תאוצת הקוריוליס יחד עם המסה תיצור כוח אינרציאלי המכוון לכיוון המנוגד לווקטור התאוצה. זה מה שזה כוח קוריוליס!

כוח הקוריוליס, הפועל על כתף מסוימת, הוא שיוצר רגע שנקרא הרגע הג'ירוסקופי!

על תופעות ג'ירוסקופיות תוכל לקרוא במספר מאמרים נוספים בבלוג זה.

הירשם להודעות על מאמרים בחלונות הממוקמים בסוף כל כתבה או בראש כל עמוד, וכן אל תשכח לְאַשֵׁר מִנוּי .

במאמר הזה, כמו תמיד, רציתי לדבר בקצרה וברורה על מושגים מאוד קשים – תאוצה וכוח קוריוליס. בין אם זה הצליח ובין אם לא, אקרא בעניין את הערותיכם, קוראים יקרים!

בפסקה הקודמת, שקלנו גוף נייח במסגרת התייחסות מסתובבת. אם גוף נע במסגרת ייחוס מסתובבת, אז בנוסף לכוח הצנטריפוגלי, הוא יופעל על ידי כוח אינרציה אחר, הנקרא כוח קוריוליסאו כוח אינרציאלי של קוריוליס.

תנו לכדור מסה לנוע ללא חיכוך לאורך רדיוס הדיסק (איור 8.5) במהירות קבועה המכוונת לנקודה מסוימת בקצה הדיסק.

אורז. 8.5. סטיה של כדור הנע במסגרת ייחוס מסתובבת

אם הדיסק לא מסתובב, אז הכדור נע לאורך הרדיוס ופוגע בנקודה. אם מביאים את הדיסק לסיבוב במהירות זוויתית, אז עד שהכדור יגיע לקצה הדיסק, תופיע נקודה נוספת במקום הנקודה. אם הכדור משאיר סימן, אז הוא יצייר את מסלולו ביחס לדיסק - קו מעוקל. במקרה זה, לא פועלים כוחות גלויים על הכדור, וביחס למסגרת האינרציאלית הוא עדיין נע במהירות קבועה. מהירות הכדור ביחס לדיסקה שינתה את כיוונו. המשמעות היא שבמסגרת הייחוס הקשורה לדיסק המסתובב, כוח אינרציאלי שאינו מקביל למהירות פעל על הכדור. לכן, הוא לא היה מכוון לאורך הרדיוס, מה שאומר שכוח זה שונה מכוח האינרציה הצנטריפוגלי שנדון לעיל. זה נקרא כוח קוריוליס.

אורז. 8.6 תנועת כדור על משטח חלק של דיסק מסתובב. מלמעלה - מנקודת מבטו של מתבונן חיצוני. למטה - מנקודת מבט של צופה נייח ביחס לדיסק

מידע נוסף

http://kvant.mirror1.mccme.ru/1975/04/sila_koriolisa.html - מגזין Kvant - כוח קוריוליס (יא סמורודינסקי).

הבה נמצא ביטוי לכוח קוריוליס במקרה מסוים (איור 8.7), כאשר חלקיק בעל מסה נע ביחס למסגרת ייחוס מסתובבת ל"באופן אחיד לאורך מעגל השוכב במישור המאונך לציר הסיבוב, כשהמרכז על ציר הסיבוב.

אורז. 8.7. לגזור את הביטוי לכוח קוריוליס

מהירות של חלקיק ביחס למערכת מסתובבת ל"סמן על ידי . במסגרת ייחוס נייחת (אינרציאלית). להחלקיק גם נע במעגל, אבל המהירות הליניארית שלו שווה ל

איפה המהירות הזוויתית של המערכת המסתובבת, הוא רדיוס המעגל. על מנת שחלקיק ינוע ביחס למסגרת ייחוס קבועה קמסביב למעגל במהירות , יש להפעיל עליו כוח המכוון למרכז המעגל (לדוגמה, מתח חוט), וגודל הכוח הזה שווה ל

יחסית למסגרת התייחסות מסתובבת K"במקרה זה החלקיק נע בתאוצה

מהמשוואה שלעיל של החוק השני של ניוטון עבור חלקיק נקבל:

בצד שמאל נמצא התוצר של תאוצת המסה והחלקיקים במסגרת ייחוס מסתובבת. המשמעות היא שהכוחות הפועלים עליו חייבים להיות בצד ימין. המונח הראשון ברור: זהו כוח המתח של החוט, זהה למערכות אינרציאליות ולא אינרציאליות כאחד. כבר עסקנו גם במונח השלישי: זהו כוח האינרציה הצנטריפוגלי המכוון לאורך הרדיוס (מהמרכז). המונח השני הוא כוח קוריוליס. במקרה זה, הוא מכוון גם מהמרכז, אך תלוי במהירות החלקיק. המודולוס של כוח קוריוליס בדוגמה זו שווה ל . הכיוון שלו עולה בקנה אחד עם תנועת חולץ הפקקים, שהידית שלו הופכת מווקטור המהירות לוקטור המהירות הזוויתי.

ניתן להוכיח כי במקרה הכללי כוח קוריוליסזה מוגדר כ

כוח הקוריוליס הוא אורתוגונלי לווקטור המהירות. במקרה של תנועה רדיאלית המוצגת באיור. 8.5, היא הסיטה את הכדור ימינה, ואילצה אותו לנוע לאורך המסלול.

הופעת כוח הקוריוליס כאשר גוף נע ביחס למסגרת ייחוס מסתובבת מודגמת בניסוי באיור. 8.6.

מידע נוסף

http://www.plib.ru/library/book/17005.html - Strelkov S.P. מכניקה אד. מדע 1971 - עמ' 165–166 (סעיף 48): ניסיונו של חייקין בהדגמת כוח קוריוליס.

כוח הקוריוליס פועל רק על גופים הנעים ביחס למסגרת ייחוס מסתובבת, למשל, ביחס לכדור הארץ. בוא ניתן כמה דוגמאות.

אורז. 8.8. כוח קוריוליס על פני הכדור

בחצי הכדור הצפוני ישנה שחיקה חזקה יותר של הגדות הימניות של נהרות, המסילות הימניות של פסי הרכבת נשחקות מהר יותר מהשמאליות, וציקלונים מסתובבים עם כיוון השעון. בחצי הכדור הדרומי קורה ההיפך.

בירי מאקדח מכוון צפונה, הקליע יסטה מזרחה בחצי הכדור הצפוני ומערבה בדרום (איור 8.9).

אורז. 8.9. בכדור הארץ, גופים נעים סוטים ימינה בחצי הכדור הצפוני, ושמאלה בדרום.

כאשר יורים לאורך קו המשווה, כוחות קוריוליס ילחצו את הקליע לקרקע אם הירייה נורה מערבה, וירימו אותו כלפי מעלה אם הירייה תיורה מזרחה.

וידאו 8.9. כוח קוריוליס: נסה את זה, פגע בו! ירי על פלטפורמה מסתובבת.

דוגמא.רכבת במסה של = 150 טון נעה בכיוון המרידיונל לצפון במהירות של = 72 קמ"ש. בואו נמצא למה שווה כוח הקוריוליס, נלחץ אותו לכיוון הרוחב למסילות, ונקבע מהי השפעת הכוח הצנטריפוגלי. הרכבת ממוקמת בקו רוחב מוסקבה = 56°.

הזווית בין וקטור המהירות הזוויתית של הסיבוב היומי של כדור הארץ לבין המשיק למרידיאן שווה לקו הרוחב של המקום (איור 8.10).

אורז. 8.10. כוח הקוריוליס מופנה מאתנו בניצב למישור הציור

לכן כוח קוריוליס שווה ל

החלפת נתונים מספריים, אנו מוצאים

כוח זה מתאים למשקל המסה

ומסתכם ב ממשקל הרכבת.

המרחק של הרכבת מציר הסיבוב של כדור הארץ הוא , כך הכוח הצנטריפוגלי יהיה

הוא מכוון בניצב לציר הסיבוב. לכן, המרכיב שלה

מכוון לאורך רדיוס כדור הארץ, מפחית את משקל הרכבת:

החלפת נתונים מספריים, אנחנו מקבלים

זה מתאים למשקל המסה

ומסתכם ב 1.1·10 –3ממשקל הרכבת.

מרכיב נוסף של כוח צנטריפוגלי

מופנה בצורה משיקית למרידיאן ומאט את הרכבת. זה שווה

שמתאים למשקל המסה

ומסתכם ב 1.6·10 –3ממשקל הרכבת.

לפיכך, השפעת הכוח הצנטריפוגלי מתבטאת בעשיריות האחוזים, וביטויי כוח הקוריוליס הם בסדר גודל פחות (מה שקשור, כמובן, למהירות הנמוכה של הרכבת).

הפיזיקאי הצרפתי פוקו הוכיח בניסוי את סיבוב כדור הארץ סביב צירו באמצעות מטוטלת באורך 67 מטר התלויה מראש כיפת הפנתיאון הפריזאי. עד לאחרונה ניתן היה לראות מטוטלת דומה בסנט פטרבורג בקתדרלת סנט אייזק.

התנודות של מטוטלת פוקו תלויות באופן שבו הם התרגשו. אם המטוטלת מוסטת לזווית המקסימלית ולאחר מכן משתחררת ללא מהירות התחלתית, המטוטלת תתנודד, כפי שמוצג באיור. 10. מהירות המטוטלת במצב סטייה מירבית תהיה שווה לאפס.

אורז. 8.12. תנודות של מטוטלת פוקו כאשר היא מוטה לזווית מירבית ומשתחררת ללא מהירות התחלתית

מסלול מעט שונה ייווצר אם המטוטלת תופעל בדחיפה קצרה ממצב שיווי המשקל. מקרה זה מתאים לתמונה. 8.11. ו-8.13. מהירות המטוטלת במיקום הסטייה המרבית מתאימה למהירות הסיבוב של כדור הארץ בקו הרוחב התצפית.

אורז. 8.13. תנודות של מטוטלת פוקו בעת הקניית מהירות לה כשהיא מוטה לזווית מירבית

וידאו 8.10. מטוטלת פוקו

מידע נוסף

http://www.plib.ru/library/book/17005.html - Strelkov S.P. מכניקה אד. מדע 1971 - עמ' 172–174: תנועת המטוטלת של פוקו.

http://mehanika.3dn.ru/load/24-1-0-3278 - Targ S.M. קורס קצר במכניקה תיאורטית, אד. Higher School, 1986 - עמ' 155–164, §§ 64-67, - טרנספורמציות של מהירות ותאוצה של נקודה חומרית בעת מעבר ממערכת ייחוס אחת לאחרת, משפט קוריוליס.

http://www.plib.ru/library/book/14978.html - Sivukhin D.V. קורס כללי לפיזיקה, כרך 1, מכניקה אד. מדע 1979 - עמ' 353–356 (§ 67): נגזרות נוסחאות לחישוב הסטייה של גופים נופלים מכיוון קו האינסך.

http://kvant.mirror1.mccme.ru/1995/05/komu_nuzhna_vysokaya_bashnya.html - מגזין "Kvant" - מההיסטוריה של הפיזיקה - נפילת גופות מהמגדל הנטוי של פיזה ומבניינים גבוהים אחרים (א. סטסנקו) .

http://www.plib.ru/library/book/14978.html - Sivukhin D.V. קורס כללי לפיזיקה, כרך 1, מכניקה אד. מדע 1979 - עמ' 360–366 (§ 69): הסיבות הפיזיקליות של גאות ושפל בים ובאוקיינוסים על פני כדור הארץ מובהרות.

כוח אינרציה צנטריפוגלי- כוח אינרציאלי הפועל על גוף (נקודת חומר) הממוקם במסגרת ייחוס מסתובבת, ושווה ל: ; המודול (ערך) של כוח האינרציה הצנטריפוגלי מחושב על ידי הנוסחה: , איפה משקל הגוף; - מהירות סיבוב זוויתית של המערכת; מרחק מציר הסיבוב לגוף. כיוון הווקטור של כוח האינרציה הצנטריפוגלי הוא תמיד רחוק מציר הסיבוב.

כוח קוריוליס- כוח אינרציאלי הפועל על גוף (נקודת חומר) הנע במהירות ביחס למסגרת ייחוס מסתובבת, ושווה ל: ; המודולוס (הערך) של כוח קוריוליס מחושב על ידי הנוסחה: , איפה משקל הגוף; - מהירות סיבוב זוויתית של המערכת; - מהירות הגוף ביחס למסגרת הייחוס המסתובבת; − זווית בין וקטורים ו. כיוון וקטור הכוח של קוריוליס נקבע על ידי המכפלה הווקטורית.

הסיבה להופעת כוח הקוריוליס היא תאוצת הקוריוליס (סיבובית). במסגרות ייחוס אינרציאליות פועל חוק האינרציה, כלומר כל גוף נוטה לנוע בקו ישר ובמהירות קבועה. אם נתחשב בתנועה של גוף, אחידה לאורך רדיוס סיבוב מסוים ומכוונת מהמרכז, מתברר שכדי שהיא תתקיים, יש צורך להקנות תאוצה לגוף, שכן ככל שמתרחקים מהמרכז, ככל שמהירות הסיבוב המשיקית חייבת להיות גדולה יותר. המשמעות היא שמנקודת המבט של מסגרת הייחוס המסתובבת, כוח כלשהו ינסה לעקור את הגוף מהרדיוס.

על מנת שגוף יזוז בתאוצת קוריוליס, יש צורך להפעיל כוח על הגוף השווה ל-F = ma, כאשר a היא תאוצת הקוריוליס. בהתאם לכך, הגוף פועל לפי החוק השלישי של ניוטון עם כוח בכיוון ההפוך. FK = − מא. הכוח שפועל מהגוף ייקרא כוח קוריוליס. אין לבלבל בין כוח הקוריוליס לבין כוח אינרציאלי אחר - כוח צנטריפוגלי, המופנה לאורך רדיוס מעגל מסתובב.

אם הסיבוב מתרחש עם כיוון השעון, אזי גוף שנע ממרכז הסיבוב יטה לעזוב את הרדיוס שמאלה. אם הסיבוב מתרחש נגד כיוון השעון, אז ימינה.
תנאים לשיווי משקל של גוף קשיח. סוגי איזון.

מצב שיווי משקל ראשון:אם התוצאה של כל הכוחות המופעלים על הגוף היא אפס, אז הגוף נע בצורה אחידה ומישורית (מהירות = קבוע) או נמצא במנוחה (מהירות = 0).

מצב שיווי משקל שני:אם המומנט הכולל של הכוחות הפועלים על הגוף הוא אפס, אז הגוף מסתובב באופן אחיד או נמצא במנוחה.

סוגי איזון:

1 - תנוחת שיווי משקל יציבה- מצב של מערכת מכנית בהסרה ממנה עולים כוחות במערכת עצמה הנוטים להחזירה למצב שיווי משקל. במצב זה, למערכת יש ערך מינימלי של אנרגיה פוטנציאלית.

2 - תנוחת שיווי משקל לא יציבה- מצב של מערכת מכנית, כאשר מורידים ממנה כוחות במערכת עצמה, הנוטים להביא את המערכת עוד יותר ממצב שיווי המשקל.

3 – עמדה אדישה.

גבישי מים, קרח, שלג

אנרגיית מים, תכונות וזיכרון

אנרגיית מימן

מים על הפלנטה ובחלל

תשובות לשאלותיך

חדשות, מידע

מידע מדעי על מים

אנגלית

מֶרחָב

תשאל את השאלה שלך.

טיפול במים

מסנני כד, מחסניות

מים בקו המשווה. כוח קוריוליס

ניסויים עם מים בקו המשווה.פורסם באינטרנט סרטון מעניין על איך המים מתנהגים בקו המשווה, ואיך הם מתנהגים אם עוברים קצת לצדדים - הקוטב הצפוני או הדרומי. כאשר מים מתנקזים בקו המשווה, הם זורמים משם ללא מערבולות, אך אם נעים לכיוון הקטבים, נוצרות מערבולות, ולכיוונים שונים.

צפו בסרטון:

כוח קוריוליס, הקרוי על שמו של המדען הצרפתי גוסטב קוריוליס, שגילה אותו ב-1833, הוא אחד מכוחות האינרציה הפועלים במסגרת ייחוס לא אינרציאלית עקב סיבוב הגוף, המתבטא כאשר נע בכיוון בזווית אל ציר הסיבוב. הסיבה לכוח הקוריוליס היא התאוצה הסיבובית. במערכות ייחוס אינרציאליות, בהתאם לחוק האינרציה, כל גוף נע בקו ישר ובמהירות קבועה. כאשר גוף נע באופן אחיד לאורך רדיוס סיבוב מסוים, יש צורך בתאוצה, שכן ככל שהגוף רחוק יותר מהמרכז, כך מהירות הסיבוב המשיקית צריכה להיות גדולה יותר. לכן, כאשר בוחנים מסגרת התייחסות מסתובבת, כוח הקוריוליס ינסה לעקור את הגוף מרדיוס נתון. יתרה מכך, אם הסיבוב מתרחש עם כיוון השעון, אז הגוף שנע ממרכז הסיבוב יטה לעזוב את הרדיוס שמאלה. אם הסיבוב מתרחש נגד כיוון השעון, אז ימינה.

אורז. הופעתו של כוח קוריוליס

התוצאה של כוח הקוריוליס תהיה מקסימלית כאשר העצם נע לאורך ביחס לסיבוב. על פני כדור הארץ זה יקרה כאשר נע לאורך קו מרידיאן, כאשר הגוף סוטה ימינה כאשר נע מצפון לדרום ומשמאל כאשר נע מדרום לצפון. ישנן שתי סיבות לתופעה זו: ראשית, סיבוב כדור הארץ מזרחה; והשנייה היא התלות של המהירות המשיקית של נקודה על פני כדור הארץ בקו הרוחב הגיאוגרפי (מהירות זו היא אפס בקטבים ומגיעה לערכה המקסימלי בקו המשווה).

באופן ניסיוני, ניתן לראות את כוח הקוריוליס, הנגרם מסיבוב כדור הארץ סביב צירו, כאשר צופים בתנועת מטוטלת פוקו. בנוסף, כוח הקוריוליס מתבטא בתהליכים טבעיים גלובליים. כוכב הלכת שלנו מסתובב סביב צירו, וכל הגופים שנעים על פניו מושפעים מהסיבוב הזה. עבור אדם שהולך במהירות של כ-5 קמ"ש, כוח הקוריוליס פועל בצורה כל כך חסרת משמעות שהוא לא שם לב אליו. אבל יש לה השפעה משמעותית על מסות גדולות של מים בנהרות או בזרימות אוויר. כתוצאה מכך, בחצי הכדור הצפוני מופנה כוח הקוריוליס לימין התנועה, ולכן הגדות הימניות של נהרות בחצי הכדור הצפוני תלולות יותר, מכיוון שהן נשטפות במים בהשפעת כוח הקוריוליס. בחצי הכדור הדרומי הכל קורה הפוך והגדות השמאליות נשטפות. עובדה זו מוסברת בפעולה המשולבת של כוח הקוריוליס וכוח החיכוך, היוצרות תנועה סיבובית של מסות מים סביב ציר התעלה, הגורמת להעברת חומר בין הגדות. כוח הקוריוליס אחראי גם על סיבובם של ציקלונים ואנטיציקלונים - תנועות מערבולת של אוויר עם לחצים נמוכים וגבוהים במרכז, הנעות בכיוון השעון בצפון ונגד כיוון השעון בחצי הכדור הדרומי. זאת בשל העובדה שכוח הקוריוליס הנגרם מסיבוב כדור הארץ בחצי הכדור הצפוני מוביל לסיבוב של הזרימה הנעה ימינה, ובחצי הכדור הדרומי שמאלה. ציקלונים מאופיינים בכיוון ההפוך של הרוחות.

ביטוי נוסף של כוח קוריוליס הוא בלאי מסילות בחצי הכדור הצפוני והדרומי. אם המסילות היו אידיאליות, אז כשרכבות נעות מצפון לדרום ומדרום לצפון, בהשפעת כוח קוריוליס, מסילה אחת הייתה מתבלה יותר מהשנייה. בחצי הכדור הצפוני, הימני מתבלה יותר, ובחצי הכדור הדרומי השמאלי.

יש לקחת בחשבון גם את כוח הקוריוליס כאשר בוחנים תנועות פלנטריות של מים באוקיינוס. זה גורם לגלים ג'ירוסקופיים שבהם מולקולות מים נעות במעגל.

ולבסוף, בתנאים אידיאליים, כוח הקוריוליס קובע את הכיוון שבו המים מתערבלים כשהכיור מתנקז. למרות שכוח הקוריוליס פועל למעשה הפוך בשתי ההמיספרות, הכיוון שבו המים מתערבלים במשפך הכיור נקבע רק באופן חלקי על ידי השפעה זו. העובדה היא כי מים זורמים דרך צינורות מים במשך זמן רב, וזרמים בלתי נראים נוצרים בזרימת המים, אשר ממשיכים לסחרור את זרם המים כאשר הוא נשפך לכיור. כאשר מים נכנסים לחור הניקוז, יכולים להיווצר גם זרמים דומים. הם אלה שקובעים את כיוון תנועת המים במשפך, שכן כוחות קוריוליס מתגלים כחלשים בהרבה מהזרמים הללו. לפיכך, בחיים הרגילים, כיוון הסתחררות המים במשפך ניקוז בחצי הכדור הצפוני והדרומי תלוי יותר בתצורת מערכת הביוב מאשר בפעולת כוחות הטבע. לכן, על מנת לשחזר במדויק תוצאה זו, יש צורך ליצור תנאים אידיאליים. הנסיינים לקחו כיור כדורי סימטרי לחלוטין, ביטלו את צינורות הביוב, ואיפשרו למים לזרום בחופשיות דרך פתח הניקוז, ציידו את פתח הניקוז בשסתום אוטומטי שנפתח רק לאחר ששאר ההפרעות במים נרגעו - והצליחו לתעד את אפקט קוריוליס בפועל.

דוקטורט. O.V.Mosin

העבודה של צימוד קוריוליס..
אחת המטרות של כוח קוריוליס בטבע היא היווצרות מערבולות של ציקלונים ואנטיציקלונים. וכדי שכוח הקוריוליס יתבטא במלואו, חייב להתרחש חוסר איזון של מהירות קווית וזוויתית, הן ביחס לציר כדור הארץ והן ביחס לציר השמש. כוח הקוריוליס תלוי גם בנטייה של ציר כדור הארץ למישור מסלול כדור הארץ. ומבלי לקחת בחשבון את סיבוב המסלול של כדור הארץ ואת הטיית ציר כדור הארץ, כוח קוריוליס יישאר במדע כקישוט, חסר תועלת ליישום מדעי ומעשי, וכמשימה לפיתוח החשיבה בקרב תלמידי בית ספר. למרות פשטותו לכאורה, קשה מאוד לתפוס את כוח הקוריוליס. אי אפשר ללמוד ולנתח אותו באופן אובייקטיבי ללא מודל של מערכת השמש.
"גאות ושפל הם תוצאה של התקדמות של מערבולות."
פורום המחלקה לאוקיאנולוגיה של אוניברסיטת סנט פטרבורג "השערות, חידות, רעיונות, תובנות".
מי האגמים, הימים והאוקיינוסים בחצי הכדור הצפוני מסתובבים נגד כיוון השעון, והמים בחצי הכדור הדרומי מסתובבים בכיוון השעון ויוצרים מערבולות ענק. ולכל מה שמסתובב, כולל מערבולות, יש תכונה של גירוסקופ (סביבון), שמירה על המיקום האנכי של הציר בחלל ללא קשר לסיבוב כדור הארץ שבגללו, המערבולת מקדימה (1-2 מעלות) ו משקפים את גל הגאות מעצמם.. מי הים הלבן מסתובבים נגד כיוון השעון, יוצרים ג'ירוסקופ-מערבולת ענק, מקדים את החזרת גל הגאות לאורך כל היקף הים הלבן.. דפוס דומה של גאות ושפל, שנצפה ב כל האגמים, הימים והאוקיינוסים.. גל הגאות של נהר האמזונס נוצר על ידי מערבולת פלנטרית ענקית בקוטר של כמה אלפי ק"מ, המסתובבת בין דרום אמריקה לצפון אפריקה, המכסה את שפך נהר האמזונס.. רוחב של גל הגאות תלוי בקוטר המערבולת. וגובהו של גל הגאות תלוי במהירות ההתהפכות של המערבולת (בעוד 12 שעות), ובמהירות הסיבוב של המערבולת. ומהירות הסיבוב של המערבולת תלויה בכוח קוריוליס, במהירות הצירית והמסלולית של כדור הארץ, ובנטייה של ציר כדור הארץ. ותפקידו של הירח הוא עקיף, ויוצר מהירות מסלול לא אחידה של כדור הארץ.. מי הים התיכון מסתובבים נגד כיוון השעון, ויוצרים גאות בגובה 10-15 ס"מ אבל במפרץ גאבס, מול חופי תוניסיה גובה הגאות והשפל מגיע לשלושה מטרים, ולפעמים יותר. וזה נחשב לאחת מתעלומות הטבע. אבל במקביל, במפרץ גאבס מסתובב מערבולת, מקדים ומשקף גל גאות נוסף. בתוך מערבולות האוקיינוס ​​והים הקבועות מסתובבות מערבולות ומערבולות קבועות וקטנות לסירוגין, שנוצרות מהנהרות הזורמים למפרצים, קווי המתאר של החוף והרוחות המקומיות. ובהתאם למהירות וכיוון הסיבוב של מערבולות חוף קטנות, לוח השנה, משרעת, ומספר הגאות והשפל ליום תלוי , ניתן לקבוע את המיקום של מערבולות .. ככלל, ביקורות חיוביות של ההשערות נכתבות על ידי הוגים שיודעים על הסתירות בתורת הירח של גאות ושפל, שיש להם ידע מעמיק במכניקה השמימית ובתכונותיו של הג'ירוסקופ.

"גל גאות" שנע מהאוקיינוס ​​ההודי, מתרסק אל החוף המזרחי של האי מדגסקר, בניגוד לציפיות, יוצר אפס גאות ושפל. ומשום מה מופיע גל גאות גבוה בצורה חריגה בין האי מדגסקר לחוף המזרחי של אפריקה.. ויקיפדיה מסבירה את חוסר העקביות הזה בהשתקפות הגלים, ובעובדה שכוח קוריוליס עושה את עבודתו.. והאמת האמיתית הסיבה לחוסר העקביות הזו היא מערבולת ענקית שמסתובבת סביב האי מדגסקר, במהירות של 9 ק"מ. בשעה, מקדימה המשקפת גל גאות, לכיוון החוף המזרחי של אפריקה..
מהירות הסיבוב של מערבולות על פני כדור הארץ נע בין 0.0 ל-10 ק"מ. בשעה אחת. המהירות הגבוהה ביותר של זרמי אוקיינוס ​​על פני השטח יכולה להגיע ל-29.6 קמ"ש (מתועדת באוקיינוס ​​השקט מול חופי קנדה).
באוקיינוס ​​הפתוח, זרמים במהירות של 5.5 קמ"ש או יותר נחשבים חזקים.

שלום, יוסופ סלמוביץ'!
המאמר שלך זכה לביקורת, הביקורת חיובית, המאמר מומלץ לפרסום...
הוספתי את החומרים שלך למספר 3/2015 שיתפרסם ב-29 ביוני 2015. עם יציאת המגזין אשלח לך במייל קישור לגרסה המקוונת וגרסה אלקטרונית של הגיליון. הגרסה המודפסת תצטרך לחכות זמן רב יותר. תודה על הפרסום במגזין שלנו...
בברכה, Natalia Khvataeva (עורכת הכיוון בשפה הרוסית. כתב עת מדעי "Eastern-European scientific
כתב עת" (רוסית-גרמנית) 28/04/2015

ניתן לאמת בקלות את תורת המערבולת של הגאות והשפל על ידי קשר בין גובה גל הגאות למהירות הסיבוב של המערבולת.
רשימת ימים עם מהירות סיבוב ג'קוזי ממוצעת של יותר מ-0.5 קמ"ש וגובה גלי גאות ממוצע של יותר מ-5 ס"מ:
ים אירי. הים הצפוני. ים ברנסבו. ים באפין. ים לבן. ים ברינג. ים אוחוצק. הים הערבי. ים סרגסו. מפרץ הדסון. מפרץ מיין. מפרץ אלסקה. וכו.
רשימת ימים עם מהירות סיבוב ג'קוזי ממוצעת של פחות מ-0.5 קמ"ש וגובה גלי גאות ממוצע של פחות מ-5 ס"מ:
הים הבלטי. ים גרינלנד. הים השחור. ים אזוב. הים הכספי. ים צ'וקצ'י. קארה ים. ים לפטוב. הים האדום. ים מרמרה. הים הקאריבי. ים יפני. מפרץ מקסיקו. וכו.
הערה: גובה גל הגאות (סוליטון), ומשרעת הגאות והשפל, אינם אותו דבר.
אפיון וייעוד ימים proznania.ru/
ימי ברית המועצות tapemark.narod.ru/more/
מיקום הימים והאוקיינוסים goo.gl/rOhQFq

• 
  

  על פי תורת הירח של גאות ושפל, קרום כדור הארץ בקו הרוחב של מוסקבה עולה ויורד פעמיים ביום עם משרעת של כ-20 ס"מ בקו המשווה, טווח התנודות עולה על חצי מטר.
  אז מדוע הגאות הגבוהה ביותר מתרחשת באזורים ממוזגים ולא בקו המשווה?
  הגאות והשפל הגבוהים ביותר על פני כדור הארץ נוצרים במפרץ פאנדי בצפון אמריקה - 18 מ', בשפך נהר סברן באנגליה - 16 מ', במפרץ מון סן מישל בצרפת - 15 מ', במפרצים של ים אוחוטסק, פנז'ינסקאיה וגיז'יגינסקאיה - 13 מ', בכף נרפינסקי במפרץ Mezen - 11 מ'.
  תורת המערבולת של הגאות והשפל מסבירה את הפער הזה בהיעדר מערבולות בקו המשווה, כמו גם ציקלונים ואנטיציקלונים.
  להיווצרות מערבולות, ציקלונים ואנטיציקלונים, יש צורך בכוח הסטת קוריוליס. בקו המשווה, כוח הקוריוליס הוא מינימלי ובאזורים ממוזגים הוא מקסימלי.
  ועוד שאלה: באוקיינוס ​​נוצרות שתי גבנוניות בגלל "תנועת המים", אבל איך נוצרות שתי גבנוניות על קרום כדור הארץ? האם זה אומר שקרום כדור הארץ זז?

תארו לעצמכם שמישהו בקוטב הצפוני זרק כדור למישהו בקו המשווה. בזמן שהכדור עף, כדור הארץ הסתובב מעט סביב צירו, והלוכד הצליח לנוע מזרחה. אם הזורק, שכיוון את הכדור, לא לקח בחשבון את התנועה הזו של כדור הארץ, הכדור נפל למערב (או משמאל) של התופס. מנקודת מבטו של אדם בקו המשווה, מסתבר שהכדור עף שמאלה ממה שהיה צריך, כבר מההתחלה - ברגע שהשתחרר מידיו של הזורק - עד שנחת.

על פי חוקי המכניקה של ניוטון, על מנת שגוף הנע בקו ישר יחרוג מהמסלול שניתן בתחילה, חייב לפעול עליו כוח חיצוני כלשהו. משמעות הדבר היא שהתופס בקו המשווה חייב להסיק שהכדור שנזרק סטה מנתיב ישר בהשפעת כוח כלשהו. אם היינו יכולים להסתכל על כדור מעופף מהחלל, היינו רואים שלמעשה לא היה כוח שפועל על הכדור. הסטייה של המסלול נגרמה מהעובדה שכדור הארץ הצליח להסתובב מתחת לכדור בזמן שהוא עף בקו ישר. לפיכך, האם סוג של כוח פועל במצב כזה או לא תלוי לחלוטין במסגרת ההתייחסות שבה נמצא הצופה.

ותופעה דומה מתעוררת בהכרח כאשר יש איזושהי מערכת קואורדינטות מסתובבת - למשל, כדור הארץ. כדי לתאר תופעה זו, פיזיקאים משתמשים לעתים קרובות בביטוי כוח פיקטיבי, כלומר אין כוח "באמת", אלא רק נראה לצופה במסגרת התייחסות מסתובבת שהוא פועל (דוגמה נוספת לכוח פיקטיבי הוא כוח צנטריפוגלי). . ואין כאן סתירות, שכן שני הצופים תמימי דעים לגבי המסלול האמיתי של הכדור והמשוואות המתארות אותו. הם שונים רק במונחים שבהם הם משתמשים כדי לתאר את התנועה הזו.

הכוח הפיקטיבי הפועל בדוגמה שלמעלה נקרא כוח קוריוליס, על שם הפיזיקאי הצרפתי גספרד קוריוליס, שתיאר לראשונה השפעה זו.

מעניין לציין שכוח הקוריוליס הוא שקובע את כיוון הסיבוב של מערבולות הציקלון שאנו צופים בתמונות המתקבלות מלווייני מזג אוויר. בתחילה, המוני אוויר מתחילים לזרום היישר מאזורים בלחץ אטמוספרי גבוה לאזורים בלחץ אטמוספרי נמוך, אך כוח הקוריוליס גורם להם להתפתל בספירלה. (אפשר גם לומר שזרמי האוויר ממשיכים לנוע בקו ישר, אבל בגלל שכדור הארץ מסתובב מתחתיהם, לנו על פני הכוכב הם נראים כאילו הם נעים בספירלה.) נחזור לדוגמא של זריקת כדור מהקוטב לקו המשווה. לא קשה להבין שבחצי הכדור הצפוני והדרומי כוח הקוריוליס פועל על גוף נע בכיוונים מנוגדים בדיוק. זו הסיבה שבחצי הכדור הצפוני נראה כי מערבולות הציקלון מסתובבות נגד כיוון השעון, ובחצי הכדור הדרומי - בכיוון השעון.

מכאן באה האמונה הרווחת שהמים בניקוז האמבטיות והכיורים בשתי ההמיספרות מסתובבים בכיוונים מנוגדים – כביכול זה נובע מאפקט הקוריוליס. (אני זוכר שכשהייתי סטודנט בעצמי, קבוצה מאיתנו, כולל ארגנטינאי אחד, בילתה יותר משעה אחת בשירותי הגברים של המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת סטנפורד, צופה בזרימת המים בכיור, בתקווה לאשר או הפרכת השערה זו.) למעשה, למרות שזה נכון שכוח הקוריוליס פועל הפוך בשתי ההמיספרות, כיוון מערבולת המים במשפך הניקוז נקבע רק בחלקו על ידי השפעה זו. העובדה היא שמים זורמים בצינורות מים במשך זמן רב, ובזרימת המים נוצרים זרמים, שלמרות שקשה לראותם בעין בלתי מזוינת, ממשיכים לסחרור את זרם המים גם כשהוא נשפך לכיור. בנוסף, כאשר המים נכנסים לפתח הניקוז, יכולים להיווצר זרמים דומים. הם אלה שקובעים את כיוון תנועת המים במשפך, שכן כוחות קוריוליס מתגלים כחלשים בהרבה מהזרמים הללו. בחיים הרגילים, כיוון המים המתערבל במשפך ניקוז בחצי הכדור הצפוני והדרומי תלוי יותר בתצורת מערכת הביוב מאשר בפעולת כוחות הטבע.

עם זאת, עדיין הייתה קבוצה של נסיינים שהייתה לה סבלנות לחזור על הניסוי הזה בתנאים "נקיים". הם לקחו כיור כדורי סימטרי לחלוטין, ביטלו את צינורות הביוב, אפשרו למים לזרום דרך פתח הניקוז בחופשיות, ציידו את פתח הניקוז בשסתום אוטומטי שנפתח רק לאחר שזרמים שיוריים במים נרגעו - וראו את אפקט הקוריוליס. בִּפְעוּלָה! כמה פעמים הם אפילו הצליחו לראות איך המים תחילה, בהשפעה חיצונית חלשה, מתפתלים לכיוון אחד, ואז השתלטו כוחות הקוריוליס, וכיוון הספירלה השתנה לכיוון ההפוך!