科里奧利效應

移動物體旋轉坐標系中偏轉

科里奧利效應(Coriolis effect)指的是一種在旋轉坐標系中移動的物體發生偏轉的現象。這種效應最早於1835年由法國人古斯塔·加斯佩德·科里奧利用數學方法來描述,所以氣象學家用他的姓氏命名此種效應。

在北半球,科里奧利效應使風向右偏離其原始的路線;在南半球,這種效應使風向左偏離。風速越快,產生的偏離越大。於是,在北半球,空氣移向低壓中心並向右彎曲,形成了一個逆時針方向的氣旋式氣流。從高壓地區或從反氣旋移動出來的空氣,也向右彎曲,形成了一個順時針方向的旋風。在南半球,則正好相反。

名詞概述


靜止,某恆速運,,運題。端沿線另端,程困。速運,況。假旋轉遊戲台繞旋轉台,整台整旋轉,附近畫圈,緩慢運,靠近緣則畫圈,速運。
科里奧利效應
科里奧利效應
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靠近,靠近緣,靠近,且沿阻徑,,徑圓形。
1835年,法國物理學家科里奧利第一次詳細地研究了這一現象,因此這種現象被稱為“科里奧利效應”。也有人把它稱為“科里奧利力”,但它並不真是一種力,只是慣性的結果而已。

重要意義


科里奧利效應
科里奧利效應
在日常生活中,科里奧利效應最重大意義的是同旋轉著的地球有關。地球表面赤道上的一個點,在24小時內劃出一個大圓圈,因此它是在快速地運動。如果我們從赤道出發,越向北(或向南)走,那麼,地面的一個點在一天之內劃出的圓圈就越小,它也運動得就越慢。
從熱帶向北流動的一陣風或一股海流,起初隨著地球的旋轉,從西向東轉動得非常快。當它向北流動時,它保持著它的速度,而地表的運動速度卻越來越小。因此,風或海流就會超過地表,並且越來越向東沿著曲線前進。最後,風或海流就在北半球順時針方向劃一個大圓圈,而在南半球則反時針方向劃一個大圓圈。
正是這種造成曲線運動的科里奧利效應,在極端情況下,就會形成颶風,如果還要更極端的話,就會形成龍捲風。
地球自轉偏向力,又叫地轉偏向力,是科里奧利效應造成的一種現象。它指的是由於地球沿著其傾斜的主軸自西向東旋轉而產生的偏向力,使得在北半球所有移動的物體包括氣團等向右偏斜,而南半球的所有移動物體向左偏斜的現象。

生活現象


以下為一些日常生活中的跟科里奧利效應有關的現象。
1)不自覺地偏右走
我國地處北半球,物體在地面上運動,受地轉偏向力作用而自行向右偏轉,這種現象在日常生活中還從來沒有觀察到。人在走路時,也從來不會不自覺地偏到右邊去。這完全是因為地轉偏向力很小,其效應被其他作用力的效應所掩蓋。地轉偏向力的效應只有在長時間累積的條件下,才容易察覺。
2)柏爾定律
該定律是自然地理中一條著名的、從實際觀察總結出來的規律,即河流靠近赤道一岸比較陡削。這可以由地轉偏向力得到說明,河水在地轉偏向力作用下,對靠近赤道一岸沖刷甚於另一岸,長期積累的結果,靠近赤道一岸比較陡峭。
3)大氣環流
大氣運動的能量來源於太陽輻射,氣壓梯度力是大氣運動的源動力。全球共有赤道低壓帶,南、北半球緯度附近的副熱帶高壓帶,南、北半球緯度附近的副極地低壓帶,南、北半球的極地高壓帶等七個氣壓帶。氣壓帶之間在氣壓梯度力和地轉偏向力的作用下形成了低緯環流圈、中緯環流圈和高緯環流圈。由於受地轉偏向力的作用,南北向的氣流卻發生了東西向的偏轉。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風帶,即南、北半球的低緯信風帶,南、北半球的中緯西風帶,南、北半球的極地東風帶。
4)氣旋和反氣旋
氣旋與反氣旋是大氣中最常見的運動形式,也是影響天氣變化的重要天氣系統。在氣壓梯度力和地轉偏向力的共同作用下,大氣並不是徑直對準低氣壓中心流動,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成按順時針方向流動的大旋渦,在南半球向左轉成按逆時針方向流動的大旋渦,大氣的這種流動很象江河海流中水的旋渦,所以又叫氣旋。夏秋季節,在我國東南沿海經常出現的颱風,就是熱帶氣旋強烈發展的一種形式。高氣壓的氣流在北半球按順時針方向旋轉流出,在南半球按逆時針方向旋轉流出,高氣壓的這種環流系統叫反氣旋。
5)傅科擺
地球的自轉對單擺的運動也會產生影響,單擺的振動平面將沿順時針方向不斷偏轉。1851年,傅科在巴黎的教堂用擺長67m,擺球為直徑略大於30cm的鐵球,總質量為28kg的單擺驗證了地球的自轉,單擺振動時所畫出的隨圓長軸等於3m,擺的振動周期為16s,隨圓旋轉的周期為32h。在歷史上,傅科以此第一次驗證了地球的自轉。
6)複線火車
我國地處北半球,火車在行駛中受地轉偏向力作用,因而對右軌壓力大於左軌壓力,普通單軌鐵路上經常有相反方向的火車行駛,其左右正好相反,結果使兩軌磨損差不多相同。由於受火車發展歷史的影響,調度員用來指揮火車開、停、允許不允許進站等的行車信號都設在火車前進方向的左側路邊,因而複線火車都是靠左行。火車由於受到指向運動右側的地轉偏向力,而使複線鐵路上靠左走的火車所受的地轉偏向力均指向內側。設一列火車質量為2000t,速度為20m/s,列車所在地點的緯度為,地轉偏向力的水平分量大小,這隻相當於列車自重的萬分之二,僅為列車所受阻力的百分之幾。這樣大小的力,其作用效果只能表現為右軌磨損較甚,而不會使複線上相向而行的兩列火車相撞。