6.2 Сила кориолиса

При движении тела кроме центробежной силы инерции возникает еще одна сила инерции, называемая силой Кориолиса( или кориолисовой силой.)

Возьмем горизонтально расположенный диск, вращающийся относительно инерциаль-ной системы отсчета (которую мы для краткости будем называть неподвижной) с постоянной угловой скоростью образом, . Допустим, что по окружности радиуса R равномерно движется привязанная нитью к оси диска материальная точка (частица) со скоростью v' относительно диска.

Линейная скорость точек окружности равна . Скорость v частицы относительно неподвижной системы имеет модуль, равный . Поэтому ускорение частицы в неподвижной системе

(6.2.1)

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

(6.2.2)

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.

Last modified: Tuesday, 11 March 2014, 10:10 PM