Влияние силы кориолиса. Кувшинные фильтры, картриджи. Закон правильности принятия решения, или Закон наилучшего выбора

Лечение водой

Кувшинные фильтры, картриджи

Вода на экваторе. Сила Кориолиса

Эксперименты с водой на экваторе. В интернете опубликовано интересное видео - о том, как вода ведёт себя на экваторе, и как она ведёт себя, если чуть отойти в стороны - северного или южного полюса. При сливе воды на экваторе она утекает без завихрений, а если отойти в сторону полюсов - возникают завихрения, причём в разные стороны.

Смотрите видео:

Сила Кориолиса, названная по имени французского ученого Гюстава Кориолиса, открывшего ее в 1833 г - одна из инерциальных сил, действующих в неинерциальной системе отсчета из-за вращения тела, проявляющаяся при движении в направлении под углом к оси вращения. Причина появления силы Кориолиса заключается в поворотном ускорении. В инерциальных системах отсчета в соответствии с законом инерции каждое тело движется по прямой и с постоянной скоростью. При равномерном движении тела вдоль некоторого вращающегося радиуса необходимо ускорение, так как чем дальше тело от центра, тем должна быть больше касательная скорость вращения. Поэтому при рассмотрении вращающейся системы отсчёта, сила Кориолиса будет пытаться сместить тело с заданного радиуса. При этом, если вращение происходит по часовой стрелке, то двигающееся от центра вращения тело будет стремиться сойти с радиуса влево. Если вращение происходит против часовой стрелки - то вправо.

Рис . Возникновение силы Кориолиса

Результат действия силы Кориолиса будет максимальным при продольном перемещении объекта по отношению к вращению. На Земле это будет при движении по меридиану, при этом тело отклоняется вправо при движении с севера на юг и влево при движении с юга на север. Для этого явления имеются две причины: первая, вращение Земли на восток; и вторая - зависимость от географической широты тангенциальной скорости точки на поверхности Земли (эта скорость равна нулю на полюсах и достигает своего максимального значения на экваторе).

Экспериментально сила Кориолиса, вызванная вращением Земли относительно своей оси, может быть замечена при наблюдении за движением маятника Фуко. Кроме того, сила Кориолиса проявляется в глобальных природных процессах. Наша планета вращается вокруг своей оси, и все тела, которые перемещаются по её поверхности, испытывают влияние этого вращения. На человека, идущего со скоростью приблизительно 5 км/ч, сила Кориолиса действует настолько незначительно, что он её не замечает. Зато на большие массы воды в реках или воздушные потоки она оказывает существенное влияние. В результате в северном полушарии сила Кориолиса направлена вправо от движения, поэтому правые берега рек в Северном полушарии более крутые, т. к. их подмывает вода под действием силы Кориолиса. В Южном полушарии всё происходит наоборот и подмываются левые берега. Данный факт объясняется совместным действием силы Кориолиса и силы трения, создающими вращательное движение масс воды вокруг оси русла, которое вызывает перенос вещества между берегами. Сила Кориолиса ответственна также и за вращение циклонов и антициклонов – вихревых движений воздуха с низким и высоким давлениями в центре, движущимися по часовой стрелке в Северном и против часовой стрелки в Южном полушариях. Это происходит из-за того, что обусловленная вращением Земли сила Кориолиса в Северном полушарии приводит к повороту движущегося потока вправо, а в Южном - влево. Для циклонов характерно обратное направление ветров.

Еще одно проявление силы Кориолиса заключается в изнашивании рельс в Северном и Южном полушариях. Если бы рельсы были бы идеальными, то при движении железнодорожных составов с севера на юг и с юга на север, под воздействием силы Кориолиса один рельс изнашивался бы сильнее, чем второй. В северном полушарии больше изнашивается правый, а в южном левый.

Силу Кориолиса также необходимо учитывать при рассмотрении планетарных движений воды в океане. Она является причиной возникновения гироскопических волн, в которых молекулы воды движутся по окружности.

И, наконец, при идеальных условиях сила Кориолиса определяет направление закручивания воды при сливе в раковине. Хотя на самом деле сила Кориолиса действует противоположно в двух полушариях, направление закручивания воды в сливной воронке лишь частично определяется этим эффектом. Дело в том, что вода долгое время течет по водопроводным трубам, при этом в потоке воды образуются невидимые течения, которые продолжают закручивать струю воды, когда она льется в раковину. Когда вода уходит в сливное отверстие также могут создаваться подобные течения. Именно они определяют направление движения воды в воронке, поскольку силы Кориолиса оказываются гораздо слабее этих течений. Таким образом, в обычной жизни направление закручивания воды в сливной воронке в северном и южном полушариях больше зависит от конфигурации канализационной системы, чем от действия природных сил. Поэтому чтобы точно воспроизвести этот результат, необходимо создать идеальные условия. Экспериментаторы взяли идеально симметричную раковину сферической формы, устранили канализационные трубы, позволив воде свободно проходить сквозь сливное отверстие, оборудовали сливное отверстие автоматической заслонкой, которая открывалась лишь после того, как в воде успокаивались любые остаточные волнения,- и смогли зафиксировать эффект Кориолиса на практике.

К.х.н. О.В.Мосин

Работа эфета Кориолиса..
Одно из назначений силы Кориолиса в природе, является формирование водоворотов циклонов и антициклонов. И чтобы в полной мере проявилась сила Кориолиса, должна произойти разбалансировка линейной и угловой скорости, как относительно оси Земли, так и относительно оси Солнца. Сила Кориолиса, также зависит от наклона оси Земли, к плоскости орбиты Земли. И без учета орбитального вращения Земли, и наклона оси Земли, сила Кориолиса, останется в науке, как декорация, бесполезная для научно- практического применения, и задача для развития мышления у школьников. При кажущейся простоте, сила Кориолиса для восприятия крайне трудна. И объективно изучать, и анализировать её, без макета Солнечной системы, невозможно.
"Приливы и отливы-результат прецессии водоворотов".
Форум Кафедры Океанологии Спбгу."Гипотезы, загадки, идеи, озарения".
Воды озер, морей и океанов, северного полушария, вращаются против часовой стрелки, а воды южного полушария, вращаются по часовой стрелке, образуя гигантские водовороты. А все что вращается, в том числе и водовороты, обладают свойством гироскопа (юлы), сохранять вертикальное положение оси в пространстве независимо от вращения Земли.. Если смотреть на Землю со стороны Солнцa, водовороты вращаясь вместе с Землей опрокидываются, два раза в сутки, благодаря чему, водовороты прецессируют, (1-2 градусов) и отражают от себя приливную волну.. Воды Белого моря, вращаются против часовой стрелки, образуя огромный водоворот-гироскоп, прецессируя отражающий приливную волну по всему периметру Белого моря.. Аналогичная схема приливов и отливов, наблюдается во всех озерах, морях и океанах.. Приливную волну реке Амазонка, создает огромный планетарный водоворот диаметром несколько тысяч км, вращающийся между Южной Америкой и Северной Африкой, охватывая и устье реки Амазонка.. Ширина приливной волны, зависит от диаметра водоворота. А высота приливной волны, зависит от скорости опрокидывания водоворота (за 12часов), и скорости вращения водоворота. А скорость вращения водоворота, зависит от силы Кориолиса, от осевой и орбитальной скорости Земли, и от наклона оси Земли. А роль Луны косвенная, создание неравномерной орбитальной скорости Земли.. Воды Средиземного моря, вращаются против часовой стрелки, образуя приливы высотой 10-15 см. Но в заливе Габес, что у побережья Туниса, высота приливов достигает трех метров, а порой и больше. И это считается одной из загадок природы. Но в тоже время, в заливе Габес, вращается водоворот, прецессируя отражающий дополнительную приливную волну. Внутри постоянных океанических и морских водоворотов, вращаются небольшие постоянные и непостоянные вихри и водовороты, создаваемые впадающими в бухты реками, очертанием берегов и местными ветрами. И в зависимости от скорости, и направления вращения небольших прибрежных водоворотов, зависит календарь, амплитуда, и количество приливов и отливов в сутки.. Водоворотную гипотезу приливов, легко проверить, по связи высоты приливной волны, со скоростью вращения водоворотов.. По высоте приливной волны, можно определять местонахождение водоворотов.. Как правило положительные отзывы к гипотезе, пишут мыслители знающие о противоречиях в Лунной теории приливов и отливов, обладающие углубленными знаниями небесной механики, и свойств гироскопа.

"Приливная волна" движущаяся с Индийского океана, врезаясь в восточный берег острова Мадагаскар, вопреки ожиданиям создает нулевые приливы и отливы. А аномально высокая приливная волна, почемуто возникает между островом Мадагаскар, и восточным берегом Африки.. Википедия объясняет эту нестыковку, отражением волн, и тем что сила Кориолиса делает свое дело.. А реальная причина этой нестыковке, гигантский водоворот, вращающийся вокруг острова Мадагаскар, со скоростью 9 км. В час, прецессируя отражающий приливную волну, в сторону восточного берега Африки..
Скорость вращения водоворотов на Земле, находится в пределах от 0, 0 до 10 км. В час. Самая большая скорость океанских течений на поверхности может достигать 29, 6 км/ч (зарегистрировано в Тихом океане у побережья Канады).
В открытом океане течения со скоростью 5, 5 км/ч и более считаются сильными.

Здравствуйте, Юсуп Саламович!
На Вашу статью получена рецензия, рецензия положительная, статья рекомендована к публикации...
Добавила Ваши материалы в №3/2015, который выйдет 29.06.2015 года. По выходу журнала я пришлю Вам ссылку на on-line версию и электронный вариант номера электронной почтой. Печатный вариант придется подождать дольше. Благодарим Вас за публикацию в нашем журнале...
С уважением, Наталия Хватаева (редактор русскоязычного направления. Научный журнал «Eastern-european scientific
journal» (Российско-Немецкий) 28.04.2015

Водоворотную теорию о приливах можно легко проверить, по связи высоты приливной волны со скоростью вращения водоворотов.
Список морей, со средней скоростью вращения водоворотов более 0, 5 км/час, и средней высотой приливной волны более 5 см:
Ирландское море. Северное море. Баренцево море. Море Баффина. Белое море. Берингово море. Охотское море. Аравийское море. Саргасово море. Гудзонов залив. Залив Мэн. Залив Аляска. И т. Д.
Список морей, со средней скоростью вращения водоворотов менее 0, 5 км/час, и средней высотой приливной волны менее 5 см:
Балтийское море. Гренландское море. Черное море. Азовское море. Каспийское море. Чукотское море. Карское море. Море Лаптевых. Красное море. Мраморное море. Карибское море. Японское море. Мексиканский залив. И т. Д.
Примечание: Высота приливной волны (солитона), и амплитуда приливов и отливов, это не одно и тоже.
Типизация и районирование морей proznania.ru/
Моря СССР tapemark.narod.ru/more/
Лоция морей и океанов goo.gl/rOhQFq

• 
  

  Согласно лунной теории о приливах, земная кора на широте Москвы с периодичностью два раза в сутки поднимается и опускается с амплитудой около 20 см., на экваторе размах колебаний превышает полметра.
  Тогда почему, самые высокие приливы образуются в умеренных поясах а не на экваторе?
  Самые высокие приливы на Земле образуются в заливе Фанди в Северной Америке - 18 м, в устье реки Северн в Англии - 16 м, в заливе Мон-Сен-Мишель во Франции - 15 м, в губах Охотского моря, Пенжинской и Гижигинской - 13 м, у мыса Нерпинский в Мезенском заливе - 11 м.
  Водоворотная теория о приливах объясняет эту нестыковку отсутствием водоворотов на экваторе, также циклонов и антициклонов.
  Для образования водоворотов, циклонов и антициклонов, необходима отклоняющая сила Кориолиса. На экваторе сила Кориолиса минимальна а в умеренных поясах, максимальна.
  И ещё вопрос: в океане два горба образуются благодаря "перемещению вод", а как образуются два горба на коре земли? Это значит, что перемещается земная кора?

Эффект от силы Кориолиса вступает в заметную силу когда производятся стрельба на очень дальние дистанции как представленная на картинке. Движение Земли вокруг своей оси двигает цель во время полета пули.

Когда вы находитесь на стрельбище, земля на которой вы стоите, кажется стабильной. Но на самом деле это большая сфера, летящая в космосе и одновременно вращающаяся по своей оси, с одним полным оборотом в 24 часа. Вращение земли может создавать проблемы для стрелков на сверхдальние дистанции. Во время продолжительного полета пули, вращение планеты вызывает наглядное отклонение цели от траектории пули при стрельбе на очень дальние дистанции. Это называется корреляционный эффект или эффект корреляции в баллистике.

Брайен Литц (Bryan Litz) из Прикладной Баллистики (Applied Ballistics) выпустил небольшое видео где он объясняет эффект силы Кориолиса. Брайан подмечает что этот эффект " очень незначителен. Стрелки любят возвышать его силу, так как он кажется очень таинственным. " В большинстве случаев при стрельбе до ~ 1000 м., сила Кориолиса не важна в учете. Если пользоваться Американской системой ввода поправок (1/4 MOA угловой минута = ~1" дюйм на 100 ярдов) на 1000 ярдов (914,4 м.) эффект можно будет скорректировать на прицеле одним щелчком (для большинства патронов). Даже после отметки в 1000 ярдов в условиях повышенного ветра, эффект силы Кориолиса может быть " потерян в общем шуме ". Но в очень благоприятных условиях стрельбы без ветра на дальние дистанции, Брайен утверждает что можно получить преимущество в точности используя баллистические решения с учетом корреляционного эффекта.

Браен продолжает: " Эффект силы Кориолиса...связан с вращение Земли. Вы по сути стреляете из одной точки в другую на вращающейся сфере, в инерционной системе координат. Последствия будут такие что если время полета пули будет достаточно продолжительным, пуля будет сносится от своей предполагаемой цели. Количество этого сноса очень мало - оно зависит от географической широты и направления стрельбы относительно планеты. "

Эффект силы Кориолиса очень трудно уловим. Со средним баллистическим коэффициентом и скоростью, у вас будет свободная дистанция до 1000 ярдов, до того как можно будет сделать поправку в один щелчок на прицеле. Брайан говорит: " эффект корреляции это НЕ то о чем следует думать при стрельбе по движущейся цели, это НЕ то о чем следует думать при стрельбе с сильным ветром, так как есть условия которые будут иметь более очевидное влияние, а эффект силы Кориолиса будет отвлекать вас от них. "

" Где действительно можно задуматься об использовании данного эффекта, использовать его на постоянной основе и он будет влиять на ваши показатели - это при стрельбе на сверхдальние дистанции по относительно малым целям в условиях малого ветра. Когда вы знаете скорость пули и баллистический коэффициент очень хорошо и есть безупречные условия, тогда вы заметите влияние силы Кориолиса. Вы получите больше отдачи в вашей деятельности, если будете учитывать эту силу только в вышеприведенных случаях. Но в большинстве случаев практической стрельбы на дальние дистанции, сила Кориолиса НЕ так важна. Что действительно важно это понять ваши приоритеты в стрельбе и учет их в процессе."

Вопрос 7. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции, понятие о принципе эквивалентности.

Системы отсчета, движущиеся с ускорением относительно инерциальной системы отсчета, называются неинерциальными .

Сила инерции - это сила, используемая для описания движения при переходе в неинерциальных системах отсчета (то есть при движении с ускорением). Эта сила равна по величине силе, вызывающей ускорение, но направлена в сторону, противоположную ускорению. Именно поэтому в ускоряющемся транспорте сила инерции тянет пассажиров назад, а в тормозящем транспорте - наоборот, вперед.

Сила инерции - векторная величина, численно равная произведению массы m материальной точки на модуль её ускорения и направленная противоположно ускорению.

Существует 2 главные разновидности сил инерции: кориолисова сила и переносная сила инерции. Переносная сила инерции состоит из 3 слагаемых

M- поступательная сила инерции

m 2 r - центробежная сила инерции

M[r]- вращательная сила инерции

В динамике относительным движением называется движение по отношению к неинерциальной системе отсчёта, для которой законы механики Ньютона несправедливы. Чтобы уравнения относительного движения материальной точки сохранили тот же вид, что и в инерциальной системе отсчёта, надо к действующей на точку силе взаимодействия с другими телами F присоединить переносную силу инерции F пер = –m a пер и Кориолиса силу инерции F kop = –m a kop , где m - масса точки. Тогда

m a oтн = F + F пер + F kop

ma o тн = F –ma kop –ma пер

m a oтн = F+2 m [ V отн ]- mV 0 + m 2 r - m [r ]

F kop = –m a kop =2m[ V отн ]-кориолисова сила

F пер = –m a пер = -m
m 2 r - m [r ] - переносная сила инерции.

Примеры. Математический маятник, расположенный на движущейся с ускорением тележке. Маятник Любимова.

Центробежная сила инерции – сила, с которой движущаяся материальная точка действует на тела (связи), стесняющие свободу её движения и вынуждающие её двигаться криволинейно. (или Сила, с которой связь действует на материальную точку, равномерно движущуюся по окружности, в системе отсчета, связанной с этой точкой.)

F ц.б.=
, R- радиус кривизны траектории.

Рис. К понятию центробежной силы инерции.

Центробежная сила направлена от центра кривизны траектории по её главной нормали (при движении по окружности по радиусу от центра окружности).

Центробежная сила - это тоже сила инерции - она направлена против центростремительной силы, вызывающей круговое движение.

Центробежная сила и центростремительная сила равны по величине, направлены противоположно.

Сила Кориолиса - одна из сил инерции, вводимая для учёта влияния вращения подвижной системы отсчёта на относительное движение тела.

При движении тела относительно вращающейся системы отсчета появляется сила инерции, называемая силой Кориолиса или кориолисовой силой инерции. Проявление силы Кориолиса можно рассмотреть на диске, вращающемся вокруг вертикальной оси (рис.1).

На диске нанесена радиальная прямая ОА и находится движущийся со скоростью V в направлении от О к А шарик. Если диск не вращается, шарик будет катиться вдоль прочерченной прямой. Если же диск привести в равномерное вращение с угловой скоростью , то шарик будет катиться по кривой ОВ, причем его скорость V относительно диска будет изменять свое направление. Следовательно, по отношению к вращающейся системе отсчета шарик ведет себя так, как если бы на него (перпендикулярно к его скорости) действовала какая-то сила, которая, однако, не вызвана взаимодействием шарика с каким-либо телом. Это - сила инерции, названная силой Кориолиса. Величина этой силы пропорциональна массе тела m, относительной скорости движения тела V и угловой скорости вращения системы w: Fк=2mVw.

Сила Кориолиса Fc лежит в плоскости диска: она перпендикулярна векторам V и и направлена в сторону, определяемую векторным произведением [V]:.

Сила Кориолиса как сила инерции направлена противоположно кориолисову ускорению a к:

Если векторы V и параллельны, то сила Кориолиса обращается в нуль.

Проявление действия силы Кориолиса:

Размытие правых берегов рек, текущих на юг в северном полушарии;

Движение маятника Фуко;

Наличие дополнительного бокового давления на рельсы, а, следовательно, их неравномерный износ, возникающих при движении поездов.

Сила Кориолиса проявляется, например, в работе маятника Фуко. Кроме того, поскольку Земля вращается, то сила Кориолиса проявляется и в глобальных масштабах. В северном полушарии сила Кориолиса направлена вправо от движения, поэтому правые берега рек в северном полушарии более крутые - их подмывает вода под действием этой силы. В южном полушарии всё происходит наоборот. Сила Кориолиса ответственна также и за возникновение циклонов и антициклонов.

Принцип эквивалентности Эйнштейна.

Поле силы инерции эквивалентно однородному полю силы тяжести. Это утверждение представляет собой принцип эквивалентности Эйнштейна.

Принципом эквивалентности и формулируется так: сила тяжести по своему физическому действию не отличается от равной ей по величине силе инерции.

Из принципа Эйнштейна вытекает эквивалентность инертной и гравитационной масс в ограниченной области пространства. В ограниченной, поскольку поле гравитационных сил в общем случае не является однородным (сила взаимодействия уменьшается по мере удаления тел друг от друга).

При движении тела относительно вращающейся системы отсчета, кроме центробежной силы инерции, появляется еще одна сила, называемая силой Кориолиса или кориолисовой силой инерции.

Появление вориолисовой силы можно обнаружить на следующем примере. Возьмем Горизонтально расположенный диск, который может вращаться вокруг вертикальной оси. Прочертим на диске радиальную прямую ОА (рис. 34.1, а). Запустим в направлении от шарик со скоростью V. Если диск не вращается, шарик будет катиться вдоль прочерченной нами прямой. Если же диск привести во вращение в направлении, указанном стрелкой, то шарик будет катиться но изображенной пунктиром кривой ОВ, причем его скорость относительно диска v будет изменять свое направление. Следовательно, по отношению к вращающейся системе отсчета шарик ведет себя так, как если бы на него действовала сила , перпендикулярная к скорости

Чтобы заставить шарик катиться по вращающемуся диску Вдоль радиальной прямой; нужно сделать направляющую, например, в виде ребра ОА (рис. 34.1, б). При качении шарика направляющее ребро действует на него с некоторой силой Относительно вращающейся системы (диска) шарик движется с постоянной по направлению скоростью. Это можно формально объяснить тем, что сила уравновешивается приложенной к шарику силой инерции перпендикулярной к скорости V. Сила и есть корволиеова сила инерции.

Найдем сначала выражение силы Кориолиса для частного случая, когда частица движется относительно вращающейся системы отсчета равномерно по окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной к оси вращения, с центром, находящимся на этой оси (рис. 34.2). Скорость частицы относительно вращающейся системы обозначим v. Скорость частицы относительно неподвижной (инерциальной) системы отсчета v равна по величине в случае (в) и в случае (б) , где - угловая скорость вращающейся системы, R - радиус окружностй (см. (5.7)).

Для того чтобы частица двигалась относительно неподвижной системы по окружности со скоростью на нее должна действовать направленная к центру окружности сила , например, сила натяжения нити, которой частица привязана к центру окружности (см. рис. 34.2, а). Величина этой силы равна

Относительно вращающейся системы частица в этом случае движется с ускорением т. е. так, как если бы на нее действовала сила

(см. (34.1)). Таким образом, во вращающейся системе частица ведет себя так, как если бы на нее, кроме направленной к центру окружности силы F, действовали еще две направленные от центра силы: и сила модуль которой равен (рис. 34.2, а). Легко сообразить, чтосклу можно представить в виде

Сила (34.3) и есть кориолисова сила инерции. При эта сила отсутствует. Сила не зависит - она, как мы уже отмечали, действует как на покоящиеся, так и на движущиеся тела.

В случае, изображенном на рис. 34.2, б,

Соответственно

Следовательно, во вращающейся системе частица ведет себя так, как если бы на нее действовали две направленные к центру окружности силы: F и а также направленная от центра сила (см. рис. 34.2, б). Сила и в этом случае может быть представлена в виде (34.3).

Теперь перейдем к нахождению выражения силы Кориолиса для случая, когда частица движется относительно вращающейся системы отсчета произвольным образом. Свяжег с вращающейся системой координатные оси причем ось совместим с осью вращения (рис. 34.3). Тогда радиус-вектор частицы можно представить в виде

где - орты координатных осей. Орты и вращаются вместе с системой отсчета с угловой скоростью , орт остается неподвижным.

Положение частицы относительно неподвижной системы следует определять с помощью радиуса-вектора . Однако символы обозначают один и тот же вектор, проведенный из начала координат к частице. Символом обозначил этот вектор наблюдатель, «живущий» во вращающейся системе отсчета; по его наблюдениям орты неподвижны, поэтому при дифференцировании выражения (34.4) он обращается с этими ортами как с константами. Символом пользуется неподвижный наблюдатель; для него орты и вращаются со скоростью со (орт неподвижен). Поэтому при дифференцировании равного выражения (34.4) неподвижный наблюдатель должен обращаться с как с функциями t, производные которых равны:

(см. рис. 34.3 и формулу (2.56); орт перпендикулярный к равен орт перпендикулярный к равен . Для вторых производных ортов по времени получаются выражения:

Найдем скорость частицы относительно вращающейся системы отсчета. Для этого продифференцируем радиус-вектор (34.4) по времени, считая орты константами:

Повторное дифференцирование этого выражения даст ускорение частаты относительно вращающейся системы отсчета:

Теперь найдем скорость частицы относительно неподвижной системы отсчета. Для этого продифференцируем радиус-вектор (34.4) «с позиций» неподвижного наблюдателя. Воспользовавшись обозначением вместо (Напомним, что ), получше:

Продифференцировавать это выражение еще раз по t, найдем ускорение частицы относительно неподвижней системы:

Приняв во внимание формулы (34.5), (34.б) и (34.8), полученное соотношение можно преобразовать к виду:

Рассмотрим векторное произведение Представим ею в виде определителя (см. (2.33)):

(34.11)

Согласно кроме того, при выбранном нами направлении координатных осей Подстановка этих значений в (34.11) дает

(34.12)

Полученный результат показывает, что второй член формулы: (34.10) можно записать в виде Выражение, стоящее в скобках в последнем члене формулы (34.10), равно перпендикулярной к оси вращёння (к оси ) составляющей радиуса-вектора (см. (34.4)). Обозначим эту составляющую символом R (ср. с рис. 5.5). С учетом всего сказанного соотношение (34.10) можно зависать следующим образом:

Из (34.13) вытекает, что ускорение частицы относительно ненедвижной системы отсчета можно представить в виде суммы трех ускорений: ускорения относительно вращающейся системы , ускорения, равного и ускорения

которое называется кориолисовым ускорением.

Для того чтобы частица двигалась с ускорением (34.13), На нее должны действовать какие-то тела с результирующей силой . Согласно (34.13)

(перестановка сомножителей изменяет знак векторного произведения). Полученный результат означает, что при составлении уравнения второго закона Ньюгона во вращающейся системе отсчета, кроме сил взаимодействия, нужно учитывать центробежную силу инерции. определяемую формулой (33.2), а также «эриолисову силу, которая и в самом общем случае определяется формулой (34.3).

Отметим, что сила Кориолиса всегда лежит в плоскости, перпендикулярной к оси вращения.

Из сопоставления формул (34.9), (34.7) и (34.5) вытекает, что

С помощью выкладок, аналогичных тем, которые привели нас к соотношению (34.13), можно убедиться в том, что последний член полученного выражения равен . Следовательно,

(34.16)

При эта формула переходит в (5.8).

Примеры движения, в которых проявляется корнолисова сила инерции. При истолковании явлений, связанных с движением тел относительно земной поверхности, в ряде случаев необходимо учитывать влияние кориолисовых сил. Например, при свободном падении тел на них действует корнолисова сила, обусловливающая отклонение к востоку от линии отвеса (рис. 34.4). Эта сила максимальна на экваторе и обращается в нуль на полюсах.

Летящий снаряд также испытывает отклонения, обусловленные кориолисовыми силам инерции (рис. 34.5). При выстреле из орудия, направленного на север, снаряд будет отклоняться к востоку в северном полушарий и к западу - в южном. При стрельбе вдоль меридиана на юг направления отклонения будут противоположными. При стрельбе вдоль экватора силы Кориолиса будут прижимать снаряд к Земле, если выстрел произведен в направлении на запад, и поднимать его кверху, если выстрел произведен в восточном направлении. Предоставь ляем читателю самому убедиться в том, что сила Кориолиса, действующая на тело, движущееся вдоль меридиана в любом Направлении (на север или на юг), направлена по отношению к. направлению движения, вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Это приводит к тому, что у рек подмывается всегда правый берег в северном полушарии и левый берег в южном полушарии. Эти же причины объясняют неодинаковый износ рельсов При двухколейном движении.

Силы Кориолиса проявляются и при качаниях маятника. На рис. 34.6 показана траектория груза маятника (для простоты предположено, что маятник находится на полюсе). На северном полюсе сила Кориолиса будет все время направлена вправо по ходу маятника, на южном полюсе - влево. В итоге траектория имеет вид розетки.

Как следует из рисунка, плоскость качаний маятника поворачивается относительно Земли в направлении насовой стрелки, причем за сутки она совершает один оборот. Относительно гелиоцентрической системы отсчета дело обстоит так, что плоскость качаний остается неизменной, а Земля поворачивается относительно нее, делая за сутки один оборот. Можно показать, что на широте плоскость качаний маятника Поворачивается за сутки на угол .

Таким образом, наблюдения за вращением плоскости качаний Маятника (маятники, предназначенные для этой цели, называются маятниками Фуко) дают непосредственное доказательство вращения Земли вокруг своей оси.

Суточное вpащение Земли имеет еще одно важное следствие. Любое движущееся тело стpемится сохpанить напpавление своего движения. Но, будучи на Земле, мы оцениваем всякое движение по отношению к земной повеpхности, котоpая пpедставляется нам неподвижной, а на самом деле вpащается, и движущееся тело, сохpаняя напpавление движения, отклоняется по отношению к повеpхности Земли впpаво в Севеpном полушаpии и влево в Южном. Ускоpение, вызывающее это отклонение, называется ускоpением Коpиолиса - по фамилии фpанцузского физика, откpывшего это явление в пеpвой половине XIX в.

Фоpмула ускоpения Коpиолиса:

a = 2 sin j × v × w ,

где: a - ускоpение, j - шиpота места, v - скоpость движения, w - угловая скоpость вpащения Земли.

Ускоpение это невелико, в обиходе мы его не замечаем. На человека, идущего со скоpостью 1,5 м/с, на шиpоте Москвы действует отклоняющее ускоpение около 3×10-5 м/с2, или 0,03 мм/с2. Но поскольку в пpиpодных пpоцессах массы вещества, напpимеp, воды или воздуха, движутся с большими скоpостями и испытывают влияние отклоняющего ускоpения подолгу, влияние этого ускоpения оказывается очень ощутимым. Одно из известных следствий ускорения Кориолиса - закон Бэра, согласно которому реки в Северном полушарии подмывают преимущественно правые берега, и они становятся более крутыми, чем левые.

Обычно возникновение ускорения Кориолиса объясняли таким мысленным экспериментом. На экваторе стоит пушка; направим ее строго на север и выстрелим в направлении полюса. (Сейчас лучше пускать ракету.) Но на полюс снаряд не попадет: Земля вращается, поэтому пушка, а вместе с нею и снаряд, имеют довольно большую горизонтальную скорость с запада на восток, то есть вправо по отношению к направлению стрельбы. Эта составляющая скорости сохранится и у летящего снаряда и отклонит его вправо (рис. 8, а ).

И другой вариант: стреляем с полюса на экватор. Пушка неподвижна, снаряд летит на юг, но к моменту падения снаряда на экватор Земля успевает повернуться, и снаряд упадет не туда, куда была направлена пушка, а западнее, то есть опять-таки правее (8, б ).

Рис. 8. Действие ускорения Кориолиса: а - при движении от экватора к полюсу; б - при движении от полюса к экватору

Все это выглядит довольно убедительно, но неизменная стрельба вдоль меридиана вызывает шиpоко pаспpостpаненное заблуждение: считают, что ускоpение Коpиолиса испытывают тела, движущиеся только в напpавлении меpидиональном (с севеpа на юг или с юга на севеp) или близком к нему. То же и с реками: река, текущая с севера на юг (Волга ниже Казани) подмывает правый берег, потому что вниз по течению линейная скорость вращения Земли увеличивается, а водный поток, приходящий из более высоких широт, обладает меньшей скоростью в этом направлении и прижимается к западному (правому) берегу; если же река течет с юга на север (Енисей), то пришедший из более низких широт водный поток имеет составляющую скорости с запада на восток больше, чем скорость, с которой движутся в этом направлении берега, по инерции прижимается к восточному (правому) берегу и подмывает его. Движение же вдоль параллели - независимо от того, идет ли речь о стрельбе или о течении реки, обычно не рассматривается, так как этот случай несколько более сложен. На самом деле ускорение Кориолиса испытывают все движущиеся тела, независимо от напpавления движения; кстати, в пpиведенной фоpмуле напpавление и не фигуpиpует.

В более общем виде возникновение этого ускоpения можно пояснить таким образом (pис. 9). Движение начинается в точке A , чеpез котоpую пpоходит меpидиан OS . Земля вpащается с запада на восток, и чеpез некотоpое вpемя тот же меpидиан занимает положение OS" . Если в начальный момент в точке А началось движение какого-то тела в любом напpавлении (по паpаллели, по меpидиану, в пpомежуточном напpавлении), то, как и всякое движение, оно будет стpемиться это напpавление сохpанить. Но меpидианы не паpаллельны, а паpаллели (кpоме экватоpа, где ускоpение Коpиолиса не действует) не являются большими кpугами земного шаpа. Поэтому к тому моменту, когда меpидиан займет положение OS" , вектоpы движения во всех напpавлениях, сохpанив паpаллельность пеpвоначальным вектоpам, отклонятся от пеpвоначального напpавления по отношению к сетке кооpдинат.

Рис. 9. Независимость ускорения Кориолиса от направления движения

Пpимеp на чеpтеже пpиведен для Севеpного полушаpия, отклонение пpоизошло впpаво; постpоив такой же чеpтеж для Южного полушаpия, убедимся, что отклонение будет влево.

Из фоpмулы следует, что на шиpоте 0°, то есть на экватоpе, ускоpение Коpиолиса pавно нулю (φ = 0, следовательно sinφ = 0, а = 0). На чеpтеже это пояснено на пpимеpе движения вдоль меpидиана; касательные к меpидианам на экватоpе паpаллельны, и отклонения не пpоисходит.

Из физики известно, что любое ускорение вызывается силой; именно поэтому часто приходится слышать о «силе Кориолиса», которая отклоняет движение. На самом деле никакая сила здесь не действует, а просто мы рассматриваем движение тел на Земле относительно ее поверхности, которая представляет собой подвижную, вращающуюся (то есть, как говорят физики, неинерциальную ) систему координат.