Relativity : Fictitious forces

coriolis force : 科里奥利力,地球自转偏向力

简称为科氏力,是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性。

旋转体系中质点的直线运动科里奥利力是以牛顿力学为基础的。1835年,法国气象学家科里奥利提出,为了描述旋转体系的运动,需要在运动方程中引入一个假想的力,这就是科里奥利力。引入科里奥利力之后,人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理旋转体系中的运动方程,大大简化了旋系的处理方式。由于人类生活的地球本身就是一个巨大的旋转体系,因而科里奥利力很快在流体运动领域取得了成功的应用。

物理定义

在旋转体系中进行直线运动的质点,由于惯性,有沿着原有运动方向继续运动的趋势,但是由于体系本身是旋转的,在经历了一段时间的运动之后,体系中质点的位置会有所变化,而它原有的运动趋势的方向,如果以旋转体系的视角去观察,就会发生一定程度的偏离。
如上图所示,当一个质点相对于惯性系做直线运动时,相对于旋转体系,其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系,我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线,
 
这个力就是科里奥利力。
根据牛顿力学的理论,以旋转体系为参照系,这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用,这就是科里奥利力。从物理学的角度考虑,科里奥利力与离心力一样,都不是在惯性系中真实存在的力,而是惯性作用在非惯性系内的体现,同时也是在惯性参考系中引入的惯性力,方便计算。
科里奥利力的计算公式如下:
F= -2mω×v'

数学推导

科里奥利力实际上是不存在的,是由于人处在转动系中时所认为的匀速直线运动与惯性系中的匀速直线运动不同所致。对于转动系中的人来说,匀速直线运动是指物体相对于转盘的速度不变的运动。而对于在惯性系中的人来说,匀速直线运动是指相对地面速度不变的运动。于是可以通过按照两个参考系的匀速直线运动的标准分别计算极短时间dt内的位移,然后再在转动系中分析这两个位移的差异,进而求出科里奥利力。

 

影响意义

在地球科学领域

 
由于自转的存在,地球并非一个惯性系,而是一个转动参照系,因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响。地球科学领域中的地转偏向力就是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力。地转偏向力有助于解释一些地理现象,如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害(地转偏向力)。

热带气旋

热带气旋(北太平洋上出现的称为台风)的形成受到科里奥利力的影响。

 

 

 

 

 

 

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