|
(包头轻工职业技术学院，内蒙古 包头 014035) 设有一水平平台绕中心O以角速度ω做逆时针转动，中心处有一支枪瞄准平台边缘的A点射击（如图1）。在地面参照系中观察，子弹射出后做水平方向的匀速直线运动，由于平台的转动，子弹将不能击中A而击中另外一点A（如图2）。平台参照系中的观察者认为平台是不动的，也就是直线OA不动，但发现子弹向右方偏离，子弹在平台上的轨迹不是直线而是一条曲线OA(如图3)。怎么解释这一现象呢？平台上的观察者可以这样认为，子弹飞行过程中不断受到一个指向右的力，使弹道变弯曲，并且随着子弹的运动偏离OA越来越远，形成图中所示的形状。 显然，这个使子弹弹道弯曲的力是由转动参照系的非惯性性质引起的，是虚拟的，属于惯性力。法国工程师、数学家科里奥利于1835年首先描述了这种力，并用数学公式表示出来，因此称之为科里奥利力。 如果在上述转动平台上沿OA有条轨道或凹槽以迫使物体沿OA运动，则由于科里奥利力的作用，物体对轨道或者凹槽的压力将有所不同，对右侧的压力大于对左侧的压力。 地球是一个转动的非惯性参照系，从北极向下看，转动沿逆时针方向，所以在北半球科里奥利力总是指向物体行进方向的右侧，而在南半球恰好相反。地球上的许多左右不平衡现象都与科里奥利力有关，认识它对气象学、弹道学和海洋学的研究是极其重要的。 在北半球沿经线方向流动的河水，由于受到科里奥利力的作用，对右岸的冲刷大于左岸，从而使得右岸陡，左岸坡。同样的道理，南北方向运行的列车对右侧铁轨的压力要大一些。 受河岸被冲刷的启示，有人建议采取适当的睡觉方式，使身体的主要血管沿南北方向，血流就会增强对管壁的冲刷作用，使刚刚沉积在血管壁上的胆固醇被冲刷下来，这样就可以延缓血管的硬化达到延年益寿的目的。 一种很容易观察到的科里奥利力效应的现象是在浴缸或水槽排水时，在排水孔自然形成的漩涡。在北半球，这种漩涡的转动总是沿逆时针方向。需要说明的是，有可能不是每次都会观察到预想的效果，因为普通的浴缸或水槽不是专为显示科里奥利力而设计的，它还取决于一些不可控制的因素。 一般南北方向的风都会受到科里奥利力的作用。从日本九州出发的帆船会被风送向西南方向，因此日本自古以来就和中国东南部以及东南亚国家的贸易繁盛，在文化方面也深受中国和东南亚各国的影响。当在北半球出现低气压区时，周围高气压区的空气就会流向低气压区，但由于科里奥利力的作用，气流不能直接流进低气压区中心，而是形成逆时针旋转的气旋流，低气压区中心成为风眼。 在军事上，火炮做远程射击时，应考虑科里奥利力引起的弹道偏差。第一次世界大战时，德军用巨型加农炮在距巴黎70英里处轰击巴黎。如果按通常的瞄准法，炮弹会偏离目标一英里以上，但德军考虑到科里奥利力的作用做了修正瞄准，结果炮弹准确的打到巴黎市内。也是在这次大战中英德双方在福克兰群岛（约南纬50°）附近的海面上展开了一场海战。战斗中，英军的炮弹像着了魔似的都落在离德国战舰左方约100m的地方。原来英军战舰上大炮的瞄准器是在其本土上（约北纬50°）校准的，而在南半球作战，科里奥利力的作用方向正好相反，所以产生了双倍的向左偏差。在北半球，当物体从高处自由下落时，相当于从南向北运动，由于科里奥利力的作用，会发生落体偏东现象。可以计算出，若物体从60m（相当于20层楼）高处自由下落，在北京（北纬40°），其落地处偏东0.78cm。但由于风等其他因素的干扰，这个现象通常是难以察觉的。 科里奥利力的存在，是对地球相对于惯性系有转动的一个严格的物理证明。而直接证明地球这个转动参照系中存在科里奥利力的，是法国物理学家傅科于1851年在巴黎所做的傅科摆实验。傅科摆是一个普通的单摆，只不过顶端的连接装置保证摆能在任何方向自由摆动。为简单起见，我们把摆放在北极来讨论。在惯性系中观察，摆锤受悬线张力和重力，他们都在摆平面内，所以摆平面是不动的。但从北极向下看，地球做逆时针转动，摆锤在往复运动中受到科里奥利力作用，要做曲线运动，从而使摆平面发生沿顺时针方向的转动。现在北京天文馆有傅科摆，摆平面的转动周期实测值为37h15min。 生活中与科里奥利力有关的现象还有很多，只要留心就会发现。 |
|
|
来自： merry_song > 《物理学》
