6.2 Сила кориолиса
Слагаемое (v'2/R) n представляет собой ускорение а'n частицы относительно диска (т. е. во вращающейся системе отсчета). Произведение массы частицы т на а, дает силу натяжения нити F. Следовательно, можно написать, что
|
Отсюда
(6.2.3) |
Наблюдатель, «живущий» на диске, должен заключить, что кроме «реальной» силы F на частицу действуют две дополнительные силы, направленные от оси вращения
рис 6.2.1 | рис 6.2.2 |
Первая из них, равная , есть уже знакомая нам центробежная сила инерции ; -Rn = R - вектору, проведенному от оси вращения к частице). Вторая, равная может быть представлена в виде (*).
Действительно, модуль векторного произведения []равен а направление его противоположно направлению . Сила инерции, определяемая формулой (*), и есть сила Кориолиса.
В случае, изображенном на рис. 6.2.1, модуль скорости v равен v' - R, если v' > R, либо R -v', если R > v'.
Квадрат обоих выражений одинаков и равен.Соответственно в формулах (6.2.1) и (6.2.2) слагаемое, содержащее произведение изменит знак на обратный, так что вторая дополнительная сила будет равна . Легко убедиться в том, что и в этом случае вторая дополнительная сила может быть представлена формулой (6.2.3)
Мы получили формулу (6.2.3) для случая, когда скорость частицы направлена по касательной к окружности с центром на оси вращения системы К'. Можно показать, что эта формула определяет силу Кориолиса при любом направлении скорости v' по отношению к оси вращения. Из формулы следует, что в случае, когда частица движется в неинерциальной системе параллельно оси вращения v' коллинеарна с сила Кориолиса не возникает.
Векторное произведение перпендикулярно к обоим сомножителям. Поэтому из формулы (6.2.3) вытекает, что:
1) сила Кориолиса перпендикулярна к вектору а, т. е. всегда лежит в плоскости, перпендикулярной к оси вращения системы отсчета;
2) сила Кориолиса перпендикулярна к скорости v' и, следовательно, работы над частицей не совершает. Эта сила может изменить только направление скорости v', но не ее модуль.