Сила Кориолиса

Сила Кориолиса

Рассмотрим горизонтально расположенный диск, который может вращаться вокруг вертикальной оси. Запустим шарик со скоростью u вдоль радиуса. Если диск не вращается, шарик будет катиться вдоль радиуса. Если же диск привести во вращение, то шарик отклонится от радиуса так, как если бы на него действовала сила Fк, перпендикулярная к скорости u.

С точки зрения наблюдателя, находящегося вне вращающегося диска, шарик стремится сохранить постоянную скорость u, а диск уходит из-под него.

С точки зрения наблюдателя, находящегося на диске, если диск покоится, то шарик катится по радиусу. Если же диск вращается со скоростью ω, то шарик катится по криволинейной траектории, т. к. на него действует сила, направленная перпендикулярно скорости u.

Во вращающейся системе отсчета движущееся тело (шарик) будет или отклоняться по направлению, перпендикулярному к его относительной скорости, или оказывать давление на связь, препятствующую такому отклонению.

Следовательно, при движении тела во вращающейся системе отсчета, кроме центробежной силы инерции, действует еще одна сила, называемая силой Кориолиса или кориолисовой силой инерции: сила инерции, действующая на движущееся тело в неинерциальной системе отсчета и обусловленная кориолисовым ускорением.

Сила Кориолиса по своему характеру отличается от рассмотренных ранее сил. Она действует только на движущееся (в НИСО) тело и зависит от скорости этого движения. В то же время эта сила не зависит от положения тела относительно системы отсчета.

Сила Кориолиса Fк численно равняется произведению массы тела m на его кориолисово ускорение :

Сила Кориолиса действует на тело, движущееся во вращающейся системе отсчета. Ее направление определяется как направление векторного произведения скорости тела во вращающейся системе и угловой скорости вращения самой системы — перпендикулярно плоскости, в которой лежат угловая скорость и скорость тела.

Сила Кориолиса — одна из сил инерции, прибавлением которой к действующим на материальную точку физическим силам учитывается влияние вращения подвижной системы отсчета на относительное движение точки.

И в сложном движении точки, и при переносном вращательном движении кориолисово ускорение равно нулю, если относительная скорость параллельна оси вращения. Так, корабль, плывущий по меридиану, имеет ускорение Кориолиса, если рассматривать его движение как составное из относительного движения корабля и переносного движения Земли. Это ускорение равно удвоенному произведению скорости корабля на угловую скорость Земли и на синус географической широты (рис. 1), и равняется нулю в то время, когда корабль пересекает экватор, и его относительная скорость параллельна вектору угловой скорости Земли.

Рис. 1. К кориолисову ускорению

Поскольку кориолисова сила всегда перпендикулярна направлению движения тела, она не производит никакой работы. Иными словами, она лишь отклоняет направление движения частицы, но не изменяет величины ее скорости.