科里奥利效应

版权所有1996 Dave Van Domelen
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感谢Dave Van Domelen！
它几乎涵盖了所有经典动力学或数学物理学文本：
-2m（角速度）x（旋转框架中的速度）
科里奥利力量。负责大规模的天气模式和水向水槽旋转的方向的传奇原因（尽管通常不是这样）。但是当试图解释它是如何工作的时候，大多数物理学家都提出了一个空白，指出了这个等式并且嘀咕着一些关于旋转参照系的东西。这不是我们的错，我们只看过方程和旋转框架的解释。本文将尝试用非物理学家可以理解的方式解释科里奥利效应的基本工作原理。
A.基本前提
以下前提是传达解释所必需的：
牛顿第一定律 - 特别是运动中的物体倾向于保持运动。
地球的几何形状 - 
X经度为您提供不同纬度的或多或少的距离，
物体通过重力有效地限制在地表（大气层的厚度是地球半径的一小部分）。
向心加速度 - 如果速度太高，物体将尝试增加其半径，如果速度太低，物体将尝试减小其半径（下降）。这个可能有点难以接触到学生，但幸运的是，并非所有情况都需要。
前提2可能是最容易让学生接受的，因为你可以画一个地球仪来展示这里的英寸是15度和30度。并且简单地比较了对流层的厚度与地球的大小。 1和3至少需要一些科学背景或一些示范来说服学生。
B.我觉得地球在我的脚下移动：北/南运动
在没有前提3的情况下，您仍然可以非常令人信服地描述在北方或正南方向移动的物体上的科里奥利效应。
地球以有效恒定的角速度向东旋转，但不同的纬度具有不同的线速度。赤道的一点必须在一天内比俄亥俄州的点更远，所以它必须更快。

但是，当一个物体开始向北或向南移动并且没有牢固地连接到地面（空中，炮火等）时，它会在移动时保持其初始向东的速度。离开赤道的物体将保持赤道上其他物体的向东速度，但如果它行进得足够远，它将不再以与它下面的地面相同的速度向东移动。

结果是一个远离赤道的物体向东飞行的速度比地面快，似乎被一些神秘的力量逼到东边。向赤道方向行进的物体将比它们下面的地面慢得多，似乎被迫向西。实际上没有涉及实际的力，地面只是以不同于物体“习惯”的速度移动。

请考虑右图。橙色箭头表示从赤道向北发送的一些物体。当它到达标记的北纬时，它比地面上的一个点向东走得更远，因为它从它开始的地方保持其向东的速度。同样地，黄色箭头以较慢的东移速度从赤道开始，并且没有像赤道地面那样向东远......似乎从地面的角度向西偏转。

C.你旋转我右边的宝贝：东西运动
科里奥利在东西方物体上偏转的情况有点棘手，因为它取决于稍微强硬的概念以及物体被限制在球体表面的事实。在没有任何约束（例如重力或地面）的情况下，效果不太明显。
再次从一个特定纬度的物体开始，地球以一定的速度向东移动。现在将它向东或向西移动，使其速度与下方地球的速度不同。

（简而言之，快速停顿解释向心加速度。）

（向心加速度定义为使物体在特定半径内以圆形运动所需的加速度。对于地球上的物体，半径是垂直于地球自转轴线的直线，加速度由那个方向的重力分量。）

（然而，所有这一切的基本效果是，如果你的向心加速度超过“允许”速度，你开始向外飞，如果你走得更慢，你就会向内移动。这样做的一个很好的证明就是旋转一个球。弹性绳索：旋转速度更快，向外旋转，旋转更慢，然后进入。）

结果，向东移动的物体想要向外飞入太空，向西移动的物体想要朝向地球的轴线下降。

然而，重力使大多数物体不会飞走，地面阻止物体直接落到轴上。大多数物体将被限制在表面几英里厚的层，虽然它们可以上升和下降一些，但改变半径的最佳方法是向北或向南偏转。

向东的物体将试图直接向外，但如左图所示，他们将前往赤道作为从轴增加半径的最佳方法。向西的物体将从地面“滑行”并远离赤道，到达半径较小的地方。如果运动不足以使物体进入上限或下限，只需远离轴移动将使地面上的位置向南移动，向轴移动将使物体向北移动。

D.把它放在一起：低压系统

这些偏转中的任何一个的一般结果是，北半球在一个方向上移动的某些东西将相对于地面上的观察者自身偏转。在低压系统的情况下，一切都向低处移动，它会产生旋涡，如右图所示。

因为它在很大程度上取决于物体的速度与地面速度之间的差异有多大，所以效果实际上仅在高速（任一类型）或长距离（特别是北/南）时显着。地球的角速度是每天360度，或每秒0.2微弧度，非常小。即使在台风（每秒40米）中发现相当高的风速，科里奥利效应也会产生每秒平方约十微米的偏转。一个多小时，这是一个大约100米的总挠度......在一天内偏差近40公里。它加起来，但需要时间。