什么叫"科里奥利力"?在热带风暴的形成里有这个力的作用...

什么叫"科里奥利力"?在热带风暴的形成里有这个力的作用...
什么叫"科里奥利力"?在热带风暴的形成里有这个力的作用...

什么叫"科里奥利力"?在热带风暴的形成里有这个力的作用...
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.
[编辑]物理学中的科里奥利力
科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性,在旋转体系中进行直线运\动的质点,由於惯性的作用,有沿著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.
如右图所示,当一个质点相对於惯性系做直线运动时,相对於旋转体系,其轨迹是一条曲线.立足於旋转体系,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,都不是真实存在的力,而是惯性作用在非惯性系内的体现.
科里奥利力的计算公式如下:
式中为科里奥利力；m为质点的品质；为质点的运动速度；为旋转体系的角速度；表示两个向量的外积符号.
[编辑]科里奥利力产生的影响
[编辑]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.
[编辑]傅科摆
摆动可以看作一种往复的直线运动,在地球上的摆动会受到地球自转的影响.只要摆面方向与地球自转的角速度方向存在一定的夹角,摆面就会受到科里奥利力的影响,而产生一个与地球自转方向相反的扭矩,从而使得摆面发生转动.1851年法国物理学家傅科预言了这种现象的存在,并且以实验证明了这种现象,他用一根长67米的钢丝绳和一枚27千克的金属球组成一个单摆,在摆垂下镶嵌了一个指针,将这个巨大的单摆悬挂在教堂穹顶之上,实验证实了在北半球摆面会缓缓向右旋转.由于傅科首先提出并完成了这一实验,因而实验被命名为傅科摆实验.
[编辑]信风与季风
地球表面不同纬度的地区接受阳光照射的量不同,从而影响大气的流动,在地球表面延纬度方向形成了一系列气压带,如所谓“极地高气压带”、“副极地低气压带”、“副热带高气压带”等.在这些气压带压力差的驱动下,空气会沿着经度方向发生移动,而这种沿经度方向的移动可以看作质点在旋转体系中的直线运动,会受到科里奥利力的影响发生偏转.由科里奥利力的计算公式不难看出,在北半球大气流动会向右偏转,南半球大气流动会向左偏转,在科里奥利力、大气压差和地表摩擦力的共同作用下,原本正南北向的大气流动变成东北－西南或东南－西北向的大气流动.
随着季节的变化,地球表面延纬度方向的气压带会发生南北漂移,于是在一些地方的风向就会发生季节性的变化,即所谓季风.当然,这也必须牵涉到海陆比热差异所导致气压的不同.
科里奥利力使得季风的方向发生一定偏移,产生东西向的移动因素,而历史上人类依靠风力推动的航海,很大程度上集中于延纬度方向,季风的存在为人类的航海创造了极大的便利,因而也被称为贸易风.
[编辑]热带气旋
马桶下水方向与科氏力有关 热带气旋(北太平洋上出现的称为台风)的形成也受到科里奥利力的影响.驱动热带气旋运动的原动力一个低气压中心与周围大气的压力差,周围大气中的空气在压力差的驱动下向低气压中心定向移动,这种移动受到科里奥利力的影响而发生偏转,从而形成旋转的气流,这种旋转在北半球沿着逆时针方向而在南半球沿着顺时针方向,由于旋转的作用,低气压中心得以长时间保持.
[编辑]对分子光谱的影响
科里奥利力会对分子的振动转动光谱产生影响.分子的振动可以看作质点的直线运动,分子整体的转动会对振动产生影响,从而使得原本相互独立的振动和转动之间产生耦合,另外由于科里奥利力的存在,原本相互独立的振动模之间也会发生能量的沟通,这种能量的沟通会对分子的红外光谱和拉曼光谱行为产生影响.
[编辑]科里奥利力的应用
人们利用科里奥利力的原理设计了一些仪器进行测量和运动控制.
[编辑]质量流量计
质量流量计让被测量的流体通过一个转动或者振动中的测量管,流体在管道中的流动相当于直线运动,测量管的转动或振动会产生一个角速度,由于转动或振动是受到外加电磁场驱动的,有着固定的频率,因而流体在管道中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度有关,而质量和运动速度即流速的乘积就是需要测量的质量流量,因而通过测量流体在管道中受到的科里奥利力,便可以测量其质量流量.
应用相同原理的还有粉体定量给料秤,在这里可以将粉体近似地看作流体处理.
[编辑]陀螺仪
旋转中的陀螺仪会对各种形式的直线运动产生反映,通过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进行运动的测量与控制.