生活中的慣性力,科里奧利力,舉例說(shuō)明自然界中科里奧利效應(yīng).doc

物理論文生活中的慣性力，科里奧利力，舉例說(shuō)明自然界中的科里奧利效應(yīng)摘要：本文通過(guò)舉例介紹了慣性力及科里奧利力的相關(guān)概念，列舉了自然界中的科里奧利效應(yīng)。關(guān)鍵字：慣性力 科里奧利力 科里奧利效應(yīng)1、 引言牛頓運(yùn)動(dòng)定律一直被人們廣泛應(yīng)用，其在動(dòng)力學(xué)中有著不可撼動(dòng)的地位，然而它只適用于慣性系。在非慣性系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律并不適用。為了在非慣性系中方便的解決力學(xué)問(wèn)題，人們假象在該體系中，除了相互作用所引起的力之外還受到一種由于非慣性系而引起的力慣性力。慣性力的引入使牛頓運(yùn)動(dòng)定律仍然可以在非慣性系中被用來(lái)解決力學(xué)問(wèn)題。同樣的，人們?cè)谛D(zhuǎn)體系中引入了科里奧利力，使得可以像處理慣性系中的運(yùn)動(dòng)方程一樣簡(jiǎn)單地處理旋轉(zhuǎn)體系中的運(yùn)動(dòng)方程，大大簡(jiǎn)化了旋系的處理方式。2、 慣性力慣性力是指當(dāng)物體加速時(shí)，慣性會(huì)使物體有保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傾向，若是以該物體為坐標(biāo)原點(diǎn)，看起來(lái)就仿佛有一股方向相反的力作用在該物體上，因此稱之為慣性力。因?yàn)閼T性力實(shí)際上并不存在，實(shí)際存在的只有原本將該物體加速的力，因此慣性力又稱為假想力。aaFnGF*Fn=G F*=maF*=ma例如,設(shè)想有一靜止的火車，車廂內(nèi)一光滑桌子上放有一個(gè)小球，小球靜止；現(xiàn)在火車開(kāi)始加速啟動(dòng)，在地面上的人（顯然他選用了一個(gè)慣性參考系地面）看來(lái)，小球并沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，但是在火車上的人看來(lái)，小球沿著與火車運(yùn)動(dòng)方向相反的方向在運(yùn)動(dòng)，且加速度和火車的加速度大小相等，方向相反（如圖）。以火車為參考系，小球處于一個(gè)非慣性系中，于是我們引入一個(gè)慣性力F*，這樣就可以從形式上解釋火車上的人觀察到的現(xiàn)象。這只是為了能在非慣性系里面運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律研究問(wèn)題，事實(shí)上慣性是物體本身的性質(zhì)，而不是力。3、 科里奧利力旋轉(zhuǎn)體系中質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)科里奧利力是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的。例如，一人A在某圓盤中扔出小球，若圓盤靜止，人B可接到A扔出的球；若圓盤以一定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，A扔出的球可到達(dá)B點(diǎn)，B接不到A扔出的球（如圖）。為了描述旋轉(zhuǎn)體系的運(yùn)動(dòng)，需要在運(yùn)動(dòng)方程中引入一個(gè)假想的力，這就是科里奧利力（圖中Fc）。在旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，由于慣性，有沿著原有運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但是由于體系本身是旋轉(zhuǎn)的，在經(jīng)歷了一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后，體系中質(zhì)點(diǎn)的位置會(huì)有所變化，而它原有的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向，如果以地面參考系 圓盤參考系B VtaVtb w O B V A Fc O B V A旋轉(zhuǎn)體系的視角去觀察，就會(huì)發(fā)生一定程度的偏離。如上圖所示，當(dāng)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于慣性系做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系，其軌跡是一條曲線。立足于旋轉(zhuǎn)體系，我們認(rèn)為有一個(gè)力驅(qū)使質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡形成曲線，這就是科里奧利力。根據(jù)牛頓力學(xué)的理論，以旋轉(zhuǎn)體系為參照系，這種質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)偏離原有方向的傾向被歸結(jié)為一個(gè)外加力的作用，這就是科里奧利力。從物理學(xué)的角度考慮，科里奧利力與離心力一樣，都不是真實(shí)存在的力，而是慣性作用在非慣性系內(nèi)的體現(xiàn)。科里奧利力的計(jì)算公式如下:F = 2m v式中F為科里奧利力；m為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量；v為相對(duì)于靜止參考系質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度（矢量）；為旋轉(zhuǎn)體系的角速度（矢量）；表示兩個(gè)向量的外積符號(hào)（ v ：大小等于v*sin ,方向滿足右手螺旋定則）。4、 自然界中的科里奧利效應(yīng)科里奧利效應(yīng)（Coriolis force)，是地球自轉(zhuǎn)偏向力，指的是由于地球沿著其傾斜的主軸自西向東旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的偏向力，使得在北半球所有移動(dòng)的物體包括氣團(tuán)等向右偏斜，而南半球的所有移動(dòng)物體向左偏斜的現(xiàn)象。在自然界中，存在這許多科里奧利現(xiàn)象。從熱帶向北流動(dòng)的一陣風(fēng)或一般海流，起初隨著地球的 旋轉(zhuǎn)，從西向東轉(zhuǎn)動(dòng)得非常快。當(dāng)它向北流動(dòng)時(shí)，它保持著 它的速度，而地表的運(yùn)動(dòng)速度卻越來(lái)越小。因此，風(fēng)或海流 就會(huì)超過(guò)地表，并且越來(lái)越向東沿著曲線前進(jìn)。最后，風(fēng)或 海流就在北半球順時(shí)針?lè)较騽澮粋€(gè)大圓圈，而在南半球則反 時(shí)針?lè)较騽澮粋€(gè)大圓圈。正是這種造成曲線運(yùn)動(dòng)的科里奧利效應(yīng)，在更加集中 （因而更加有力）時(shí)，就會(huì)形成颶風(fēng)，如果還要更加集中和 更加有力，就會(huì)形成龍卷風(fēng)。下面介紹幾種自然界中的科里奧利效應(yīng)：1. 大氣環(huán)流：大氣運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)源于太陽(yáng)輻射，氣壓梯度力是大氣運(yùn)動(dòng)的源動(dòng)力。全球共有赤道低壓帶，南、北半球緯度30附近的副熱帶高壓帶，南、北半球緯度60附近的副極地低壓帶，南、北半球的極地高壓帶等七個(gè)氣壓帶。氣壓帶之間在氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力的作用下形成了低緯環(huán)流圈、中緯環(huán)流圈和高緯環(huán)流圈。由于受地轉(zhuǎn)偏向力的作用，南北向的氣流卻發(fā)生了東西向的偏轉(zhuǎn)。北半球地面附近自北向南的氣流，有朝西的偏向。在氣壓帶之間形成了六個(gè)風(fēng)帶，即南、北半球的低緯信風(fēng)帶，南、北半球的中緯西風(fēng)帶，南、北半球的極地東風(fēng)帶。2. 氣旋和反氣旋：氣旋與反氣旋是大氣中最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式，也是影響天氣變化的重要天氣系統(tǒng)。在氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力的共同作用下，大氣并不是徑直對(duì)準(zhǔn)低氣壓中心流動(dòng)，也不是沿輻射方向從高氣壓中心流出。低氣壓的氣流在北半球向右偏轉(zhuǎn)成按逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)的大旋渦，在南半球向左轉(zhuǎn)成按順時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)的大旋渦，大氣的這種流動(dòng)很象江河海流中水的旋渦，所以又叫氣旋。夏秋季節(jié)，在我國(guó)東南沿海經(jīng)常出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)，就是熱帶氣旋強(qiáng)烈發(fā)展的一種形式。高氣壓的氣流在北半球按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)流出，在南北半球按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)流出，高氣壓的這種環(huán)流系統(tǒng)叫反氣旋。3. 柏而定律：該定律是自然地理中一條著名的、從實(shí)際觀察總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，即北半球河流右岸比較陡削，南半球則左岸比較陡削。這可以由地轉(zhuǎn)偏向力得到說(shuō)明，北半球河水在地轉(zhuǎn)偏向力作用下，對(duì)右央求沖刷甚于左岸，長(zhǎng)期積累的結(jié)果，右岸比較陡峭。5、 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上分析，我們可以看到，慣性力和科里奧利力的引入，讓我們?cè)诮鉀Q非慣性系下的力學(xué)問(wèn)題是變的簡(jiǎn)潔明了。并且實(shí)際生活中，存在中慣性力和科里奧利力的應(yīng)用非常多。比如，游樂(lè)場(chǎng)的的過(guò)山車，大轉(zhuǎn)盤等等。在我們輕松娛樂(lè)的時(shí)候，就可里感受到非慣性系下的力學(xué)效應(yīng)。日常生活的多多留心，可以使我們更好的理