Երբ ֆիզիկան ուսումնասիրում է մարմինների շարժման գործընթացը ոչ իներցիոն հղման համակարգերում, պետք է հաշվի առնել այսպես կոչված Coriolis արագացումը: Հոդվածում մենք կտանք դրա սահմանումը, ցույց կտանք, թե ինչու է այն առաջանում և որտեղ է այն դրսևորվում Երկրի վրա:
Ի՞նչ է Coriolis արագացումը:
Այս հարցին հակիրճ պատասխանելու համար կարելի է ասել, որ սա այն արագացումն է, որն առաջանում է Կորիոլիսի ուժի գործողության արդյունքում։ Վերջինս դրսևորվում է, երբ մարմինը շարժվում է ոչ իներցիոն պտտվող հղման համակարգում։
Հիշեցնենք, որ ոչ իներցիոն համակարգերը շարժվում են արագացմամբ կամ պտտվում են տարածության մեջ: Ֆիզիկական խնդիրների մեծ մասում մեր մոլորակը ենթադրվում է որպես հղման իներցիոն համակարգ, քանի որ նրա պտտման անկյունային արագությունը չափազանց փոքր է: Այնուամենայնիվ, այս թեման քննարկելիս Երկիրը ենթադրվում է, որ ոչ իներցիոն է:
Ոչ իներցիոն համակարգերում կան ֆիկտիվ ուժեր։ Ոչ իներցիոն համակարգում դիտորդի տեսանկյունից այդ ուժերն առաջանում են առանց որևէ պատճառաբանության։ Օրինակ՝ կենտրոնախույս ուժն էկեղծ. Դրա տեսքը պայմանավորված է ոչ թե մարմնի վրա ազդելով, այլ դրանում իներցիայի հատկության առկայությամբ։ Նույնը վերաբերում է Coriolis ուժին: Դա ֆիկտիվ ուժ է, որն առաջանում է մարմնի իներցիոն հատկություններից պտտվող հղման համակարգում։ Դրա անունը կապված է ֆրանսիացի Գասպար Կորիոլիսի անվան հետ, ով առաջինը հաշվարկել է այն։
Կորիոլիսի ուժ և շարժման ուղղություններ տիեզերքում
Ծանոթանալով Coriolis-ի արագացման սահմանմանը, եկեք քննարկենք մի կոնկրետ հարցը՝ պտտվող համակարգի համեմատ տարածության մեջ մարմնի շարժման ո՞ր ուղղություններով է այն տեղի ունենում:
Պատկերացնենք, որ սկավառակը պտտվում է հորիզոնական հարթության վրա: Նրա կենտրոնով անցնում է պտտման ուղղահայաց առանցք: Թող մարմինը հանգստանա դրա համեմատ սկավառակի վրա: Հանգստի ժամանակ դրա վրա գործում է կենտրոնախույս ուժ՝ ուղղված պտտման առանցքից շառավղով։ Եթե դրան հակադրվող կենտրոնաձիգ ուժ չկա, ապա մարմինը կթռչի սկավառակից։
Այժմ ենթադրենք, որ մարմինը սկսում է ուղղահայաց շարժվել դեպի վեր, այսինքն՝ առանցքին զուգահեռ։ Այս դեպքում առանցքի շուրջ նրա պտտման գծային արագությունը հավասար կլինի սկավառակի արագությանը, այսինքն՝ կորիոլիս ուժ չի առաջանա։
Եթե մարմինը սկսեց շառավղային շարժում կատարել, այսինքն՝ սկսեց մոտենալ կամ հեռանալ առանցքից, ապա առաջանում է Կորիոլիսի ուժը, որը շոշափելիորեն կուղղվի սկավառակի պտտման ուղղությանը։ Դրա տեսքը կապված է անկյունային իմպուլսի պահպանման և սկավառակի այն կետերի գծային արագությունների որոշակի տարբերության առկայության հետ, որոնք գտնվում ենտարբեր հեռավորություններ պտտման առանցքից։
Վերջապես, եթե մարմինը շոշափելիորեն շարժվի դեպի պտտվող սկավառակը, ապա կհայտնվի լրացուցիչ ուժ, որը նրան կմղի դեպի պտտման առանցքը, կամ կհեռանա նրանից։ Սա Coriolis ուժի ճառագայթային բաղադրիչն է:
Քանի որ Coriolis-ի արագացման ուղղությունը համընկնում է դիտարկվող ուժի ուղղության հետ, այս արագացումը նույնպես կունենա երկու բաղադրիչ՝ շառավղային և շոշափող:
Ուժի և արագացման բանաձև
Ուժը և արագացումը Նյուտոնի երկրորդ օրենքի համաձայն կապված են միմյանց հետ հետևյալ հարաբերությամբ.
F=ma.
Եթե դիտարկենք վերը նշված օրինակը մարմնի և պտտվող սկավառակի հետ, ապա կարող ենք բանաձև ստանալ Coriolis ուժի յուրաքանչյուր բաղադրիչի համար: Դա անելու համար կիրառեք անկյունային իմպուլսի պահպանման օրենքը, ինչպես նաև հիշեք կենտրոնաձիգ արագացման բանաձևը և անկյունային և գծային արագության փոխհարաբերությունների արտահայտությունը: Ամփոփելով, Coriolis ուժը կարող է սահմանվել հետևյալ կերպ.
F=-2m[ωv].
Այստեղ m-ը մարմնի զանգվածն է, v-ն նրա գծային արագությունն է ոչ իներցիալ շրջանակում, ω-ն հենց հղման համակարգի անկյունային արագությունն է: Համապատասխան Coriolis արագացման բանաձևը կունենա հետևյալ ձևը՝
a=-2[ωv].
Արագությունների վեկտորային արտադրյալը քառակուսի փակագծերում է: Այն պարունակում է այն հարցի պատասխանը, թե ուր է ուղղված Կորիոլիսի արագացումը։ Նրա վեկտորը ուղղահայաց է ինչպես պտտման առանցքին, այնպես էլ մարմնի գծային արագությանը։ Սա նշանակում է, որ ուսումնասիրվածարագացումը հանգեցնում է շարժման ուղղագիծ հետագծի կորության:
Կորիոլիսի ուժի ազդեցությունը թնդանոթի թռիչքի վրա
Ավելի լավ հասկանալու համար, թե ինչպես է ուսումնասիրված ուժը դրսևորվում գործնականում, նայեք հետևյալ օրինակին. Թող թնդանոթը, լինելով զրոյական միջօրեական և զրոյական լայնության վրա, կրակի ուղիղ դեպի հյուսիս։ Եթե Երկիրը չպտտվեր արևմուտքից արևելք, ապա միջուկը կնվազեր 0° երկայնության վրա։ Այնուամենայնիվ, մոլորակի պտույտի պատճառով միջուկը կընկնի այլ երկայնությամբ՝ տեղաշարժվելով դեպի արևելք։ Սա Coriolis-ի արագացման արդյունքն է։
Նկարագրված էֆեկտի բացատրությունը պարզ է. Ինչպես գիտեք, Երկրի մակերևույթի կետերը, դրանց վերևում գտնվող օդային զանգվածների հետ միասին, ունեն մեծ գծային պտտման արագություն, եթե դրանք գտնվում են ցածր լայնություններում: Թնդանոթից օդ բարձրանալիս միջուկն ուներ արևմուտքից արևելք պտտման բարձր գծային արագություն։ Այս արագությունը ստիպում է նրան շեղվել դեպի արևելք, երբ թռչում է ավելի բարձր լայնություններով:
Կորիոլիսի էֆեկտ և ծովային և օդային հոսանքներ
Կորիոլիսի ուժի ազդեցությունն առավել հստակ երևում է օվկիանոսային հոսանքների և մթնոլորտում օդային զանգվածների շարժման օրինակում: Այսպիսով, Գոլֆստրիմը, որը սկսվում է Հյուսիսային Ամերիկայի հարավից, անցնում է ամբողջ Ատլանտյան օվկիանոսը և նկատված էֆեկտի շնորհիվ հասնում է Եվրոպայի ափերին։
Ինչ վերաբերում է օդային զանգվածներին, ապա առևտրային քամիները, որոնք ամբողջ տարին փչում են արևելքից արևմուտք ցածր լայնություններում, Կորիոլիսի ուժի ազդեցության ակնհայտ դրսևորումն են։
։
Օրինակ խնդիր
ԲանաձևըCoriolis արագացում. Անհրաժեշտ է օգտագործել այն՝ հաշվարկելու արագացման չափը, որը ստանում է մարմինը՝ շարժվելով 10 մ/վ արագությամբ, 45 ° լայնության վրա։
Մեր մոլորակի հետ կապված արագացման բանաձեւն օգտագործելու համար դրան պետք է ավելացնել կախվածությունը θ լայնությունից: Աշխատանքային բանաձևը կունենա հետևյալ տեսքը՝
a=2ωvsin(θ).
Մինուս նշանը բաց է թողնվել, քանի որ այն սահմանում է արագացման ուղղությունը, ոչ թե դրա մոդուլը: Երկրի համար ω=7,310-5ռադ/վ: Բոլոր հայտնի թվերը բանաձևի մեջ փոխարինելով՝ մենք ստանում ենք՝
a=27, 310-510sin(45o)=0,001 մ/ c 2.
Ինչպես տեսնում եք, Coriolis-ի հաշվարկված արագացումը գրեթե 10000 անգամ փոքր է գրավիտացիոն արագացումից:
