Физика денелердің инерциялық емес санақ жүйесіндегі қозғалыс процесін зерттегенде, Кориолис үдеуі деп аталатынды ескеру керек. Мақалада біз оған анықтама береміз, оның неліктен пайда болатынын және Жерде қай жерде көрінетінін көрсетеміз.
Кориолис жеделдету дегеніміз не?
Бұл сұраққа қысқаша жауап беру үшін бұл Кориолис күшінің әрекеті нәтижесінде пайда болатын үдеу деп айта аламыз. Соңғысы дене инерциялық емес айналмалы санақ жүйесінде қозғалғанда көрінеді.
Инерциялық емес жүйелер кеңістікте үдеумен қозғалатынын немесе айналатынын еске түсірейік. Көптеген физикалық мәселелерде біздің планетамыз инерциялық санақ жүйесі болып саналады, өйткені оның айналу бұрыштық жылдамдығы тым аз. Дегенмен, бұл тақырыпты қарастырған кезде, Жер инерциялық емес деп есептеледі.
Инерциялық емес жүйелерде жалған күштер бар. Инерциялық емес жүйедегі бақылаушының көзқарасы бойынша бұл күштер ешқандай себепсіз пайда болады. Мысалы, орталықтан тепкіш күшжалған. Оның пайда болуы денеге әсер етуден емес, ондағы инерция қасиетінің болуынан болады. Бұл Кориолис күшіне де қатысты. Бұл айналмалы санақ жүйесіндегі дененің инерциялық қасиеттерінен туындайтын жалған күш. Оның атауы оны алғаш есептеген француз Гаспард Кориолис есімімен байланысты.
Кориолис күші және кеңістіктегі қозғалыс бағыттары
Кориолис үдеуінің анықтамасымен танысқаннан кейін, енді нақты сұрақты қарастырайық – дененің кеңістікте айналу жүйесіне қатысты қозғалысының қандай бағыттарында жүреді.
Көлденең жазықтықта айналатын дискіні елестетейік. Оның центрінен тік айналу осі өтеді. Дене оған қатысты дискіге демалсын. Тыныштық күйінде оған айналу осінен радиус бойымен бағытталған орталықтан тепкіш күш әсер етеді. Егер оған қарсы тұратын центрге тартқыш күш болмаса, дене дисктен ұшып кетеді.
Енді дене тігінен жоғары, яғни оське параллель қозғала бастады делік. Бұл жағдайда оның ось айналасында сызықтық айналу жылдамдығы дискінің жылдамдығына тең болады, яғни Кориолис күші болмайды.
Егер дене радиалды қозғалыс жасай бастаса, яғни ол оське жақындай немесе алыстай бастаса, онда Кориолис күші пайда болады, ол дискінің айналу бағытына тангенциалды бағытта болады. Оның пайда болуы бұрыштық импульстің сақталуымен және дискіде орналасқан нүктелердің сызықтық жылдамдықтарының белгілі бір айырмашылығының болуымен байланысты.айналу осінен әртүрлі қашықтық.
Соңында, егер дене айналмалы дискіге жанама қозғалса, оны айналу осіне қарай немесе одан алыстататын қосымша күш пайда болады. Бұл Кориолис күшінің радиалды құрамдас бөлігі.
Кориолис үдеуінің бағыты қарастырылатын күштің бағытымен сәйкес келетіндіктен, бұл үдеудің де екі құрамдас бөлігі болады: радиалды және тангенциалды.
Күш пен үдеу формуласы
Ньютонның екінші заңына сәйкес күш пен үдеу бір-бірімен келесі қатынас арқылы байланысты:
F=ma.
Егер жоғарыдағы мысалды дене және айналмалы дискімен қарастыратын болсақ, Кориолис күшінің әрбір құрамдас бөлігі үшін формуланы алуға болады. Ол үшін бұрыштық импульстің сақталу заңын қолданыңыз, сонымен қатар центрге тартқыш үдеу формуласын және бұрыштық және сызықтық жылдамдықтар арасындағы байланыстың өрнегін еске түсіріңіз. Қорытындылай келе, Кориолис күшін келесідей анықтауға болады:
F=-2м[ωv].
Мұндағы m – дененің массасы, v – оның инерциялық емес жүйедегі сызықтық жылдамдығы, ω – санақ жүйесінің өзінің бұрыштық жылдамдығы. Сәйкес Кориолис жеделдету формуласы келесі пішінді алады:
a=-2[ωv].
Жылдамдықтардың векторлық көбейтіндісі тік жақшада берілген. Онда Кориолис үдеуі қайда бағытталған деген сұраққа жауап бар. Оның векторы айналу осіне де, дененің сызықтық жылдамдығына да перпендикуляр бағытталған. Бұл зерттелгенін білдіредіүдеу қозғалыстың түзу сызықты траекториясының қисаюына әкеледі.
Зеңбірек оғының ұшуына Кориолис күшінің әсері
Зерттелетін күштің іс жүзінде қалай көрінетінін жақсы түсіну үшін келесі мысалды қарастырыңыз. Зеңбірек нөлдік меридиан мен нөлдік ендікте бола тұрып, солтүстікке қарай атсын. Егер Жер батыстан шығысқа айналмаса, онда ядро 0° бойлықта құлайтын еді. Алайда планетаның айналуына байланысты ядро шығысқа қарай ығысқан басқа бойлықта түседі. Бұл Кориолис жеделдетуінің нәтижесі.
Сипатталған әсердің түсіндірмесі қарапайым. Өздеріңіз білетіндей, жер бетіндегі нүктелер, олардың үстіндегі ауа массаларымен бірге, егер олар төмен ендіктерде орналасса, үлкен сызықтық айналу жылдамдығына ие болады. Зеңбіректен көтерілген кезде ядроның батыстан шығысқа қарай жоғары сызықтық айналу жылдамдығы болды. Бұл жылдамдық оның жоғары ендіктерде ұшқанда шығысқа қарай жылжуына әкеледі.
Кориолис әсері және теңіз және ауа ағындары
Кориолис күшінің әсері мұхит ағыстары мен атмосферадағы ауа массаларының қозғалысы мысалында айқын көрінеді. Осылайша, Гольфстрим Солтүстік Американың оңтүстігінен басталып, бүкіл Атлант мұхитын кесіп өтіп, атап өтілген әсердің арқасында Еуропа жағалауларына жетеді.
Ауа массасына келетін болсақ, төменгі ендіктерде жыл бойы шығыстан батысқа соғатын пассат желдері Кориолис күшінің әсерінің айқын көрінісі болып табылады.
Мысалы мәселе
ФормулаКориолис үдеуі. Оны 45 ° ендікте 10 м/с жылдамдықпен қозғалатын дене алатын үдеу мөлшерін есептеу үшін пайдалану қажет.
Біздің планетаға қатысты үдеу формуласын қолдану үшін оған θ ендікке тәуелділікті қосу керек. Жұмыс формуласы келесідей болады:
a=2ωvsin(θ).
Минус таңбасы алынып тасталды, себебі ол модульді емес, үдеу бағытын анықтайды. Жер үшін ω=7,310-5рад/с. Барлық белгілі сандарды формулаға қойып, мынаны аламыз:
a=27, 310-510sin(45o)=0,001 м/ c 2.
Көріп отырғаныңыздай, есептелген Кориолис үдеуі гравитациялық үдеуден 10 000 есе дерлік аз.
