Fizik, cisimlerin eylemsiz olmayan referans çerçevelerindeki hareket sürecini incelerken, Coriolis ivmesi denen şeyi hesaba katmak gerekir. Makalede ona bir tanım vereceğiz, neden oluştuğunu ve Dünya'da kendini nerede gösterdiğini göstereceğiz.
Coriolis ivmesi nedir?
Bu soruya kısaca cevap vermek gerekirse, bunun Coriolis kuvvetinin hareketi sonucunda meydana gelen ivme olduğunu söyleyebiliriz. İkincisi, vücut ataletsiz dönen bir referans çerçevesinde hareket ettiğinde kendini gösterir.
Ataletsel olmayan sistemlerin ivme ile hareket ettiğini veya uzayda döndüğünü hatırlayın. Çoğu fiziksel problemde, açısal dönme hızı çok küçük olduğu için gezegenimizin eylemsiz bir referans çerçevesi olduğu varsayılır. Ancak bu konu ele alındığında, Dünya'nın eylemsiz olmadığı varsayılır.
Ataletsiz sistemlerde hayali kuvvetler vardır. Eylemsiz olmayan bir sistemdeki bir gözlemcinin bakış açısından, bu kuvvetler herhangi bir sebep olmaksızın ortaya çıkar. Örneğin, merkezkaç kuvvetinumara yapmak. Görünüşü, vücut üzerindeki etkiden değil, içindeki atalet özelliğinin varlığından kaynaklanır. Aynısı Coriolis kuvveti için de geçerlidir. Dönen bir referans çerçevesinde vücudun eylemsizlik özelliklerinden kaynaklanan hayali bir kuvvettir. Adı, onu ilk hesaplayan Fransız Gaspard Coriolis'in adıyla ilişkilidir.
Coriolis kuvveti ve uzayda hareket yönleri
Coriolis ivmesinin tanımını öğrendikten sonra, şimdi belirli bir soruyu ele alalım - uzayda dönen bir sisteme göre bir cismin hareketinin hangi yönlerinde meydana gelir.
Yatay düzlemde dönen bir disk hayal edelim. Merkezinden dikey bir dönme ekseni geçer. Vücudun kendisine göre disk üzerinde durmasına izin verin. Dinlenme durumunda, dönme ekseninden yarıçap boyunca yönlendirilen bir merkezkaç kuvveti etki eder. Karşıt bir merkezcil kuvvet yoksa, vücut diskten uçar.
Şimdi cismin dikey olarak yukarı doğru yani eksene paralel olarak hareket etmeye başladığını varsayalım. Bu durumda eksen etrafındaki doğrusal dönüş hızı diskinkine eşit olacaktır, yani Coriolis kuvveti oluşmayacaktır.
Vücut radyal bir hareket yapmaya başladıysa, yani eksene yaklaşmaya veya eksenden uzaklaşmaya başladıysa, o zaman diskin dönme yönüne teğet olarak yönlendirilecek olan Coriolis kuvveti ortaya çıkar. Görünüşü, açısal momentumun korunması ve üzerinde bulunan diskin noktalarının doğrusal hızlarında belirli bir farkın varlığı ile ilişkilidir.dönme ekseninden farklı mesafeler.
Son olarak, vücut dönen diske teğet olarak hareket ederse, onu dönme eksenine doğru veya ondan uzağa itecek ek bir kuvvet ortaya çıkacaktır. Bu, Coriolis kuvvetinin radyal bileşenidir.
Coriolis ivmesinin yönü, dikkate alınan kuvvetin yönü ile çakıştığından, bu ivmenin de iki bileşeni olacaktır: radyal ve teğet.
Kuvvet ve ivme formülü
Newton'un ikinci yasasına göre kuvvet ve ivme birbiriyle aşağıdaki ilişkiyle ilişkilidir:
F=ma.
Yukarıdaki örneği bir gövde ve dönen bir disk ile ele alırsak, Coriolis kuvvetinin her bileşeni için bir formül elde edebiliriz. Bunu yapmak için açısal momentumun korunumu yasasını uygulayın ve merkezcil ivme formülünü ve açısal ve doğrusal hız arasındaki ilişkinin ifadesini hatırlayın. Özetle, Coriolis kuvveti şu şekilde tanımlanabilir:
F=-2m[ωv].
Burada m cismin kütlesidir, v eylemsiz olmayan bir çerçevedeki doğrusal hızıdır, ω referans çerçevesinin açısal hızıdır. Karşılık gelen Coriolis ivme formülü şu şekilde olacaktır:
a=-2[ωv].
Hızların vektör ürünü köşeli parantez içindedir. Coriolis ivmesinin nereye yönlendirildiği sorusunun cevabını içermektedir. Vektörü hem dönme eksenine hem de cismin doğrusal hızına dik olarak yönlendirilir. Bunun anlamı, çalışılanivme, doğrusal bir hareket yörüngesinin eğriliğine yol açar.
Coriolis kuvvetinin bir top güllesinin uçuşu üzerindeki etkisi
Çalışılan gücün pratikte kendini nasıl gösterdiğini daha iyi anlamak için aşağıdaki örneği inceleyin. Topun sıfır meridyen ve sıfır enlemde olmasına izin verin, doğrudan kuzeye ateş edin. Dünya batıdan doğuya dönmeseydi, çekirdek 0° boylamda düşerdi. Bununla birlikte, gezegenin dönüşü nedeniyle, çekirdek doğuya kaydırılarak farklı bir boylamda düşecek. Bu, Coriolis ivmesinin sonucudur.
Açıklanan efektin açıklaması basittir. Bildiğiniz gibi, Dünya yüzeyindeki noktalar, üzerlerindeki hava kütleleriyle birlikte, düşük enlemlerde bulunuyorlarsa büyük bir doğrusal dönüş hızına sahiptir. Topdan havalanırken, çekirdek batıdan doğuya yüksek bir doğrusal dönüş hızına sahipti. Bu hız, daha yüksek enlemlerde uçarken doğuya doğru kaymasına neden olur.
Coriolis etkisi ve deniz ve hava akımları
Coriolis kuvvetinin etkisi en açık şekilde okyanus akıntıları ve hava kütlelerinin atmosferdeki hareketi örneğinde görülür. Böylece Kuzey Amerika'nın güneyinden başlayan Gulf Stream, belirtilen etkisiyle tüm Atlantik Okyanusu'nu geçerek Avrupa kıyılarına ulaşıyor.
Hava kütlelerine gelince, alçak enlemlerde tüm yıl boyunca doğudan batıya esen ticaret rüzgarları, Coriolis kuvvetinin etkisinin açık bir göstergesidir.
Örnek problem
FormülüCoriolis ivmesi. 45 ° enlemde 10 m/s hızla hareket eden bir cismin elde ettiği ivme miktarını hesaplamak için kullanmak gerekir.
Gezegenimizle ilgili ivme formülünü kullanmak için, ona enlem θ bağımlılığını eklemelisiniz. Çalışan formül şuna benzer:
a=2ωvsin(θ).
Eksi işareti, ivmenin modülünü değil, yönünü tanımladığı için çıkarılmıştır. Dünya için ω=7.310-5rad/s. Bilinen tüm sayıları formülde yerine koyarsak, şunu elde ederiz:
a=27, 310-510sin(45o)=0,001 m/ c 2.
Gördüğünüz gibi, hesaplanan Coriolis ivmesi, yerçekimi ivmesinden neredeyse 10.000 kat daha azdır.
