生活中的惯性力,科里奥利力,举例说明自然界中科里奥利效应.doc

物理论文生活中的惯性力，科里奥利力，举例说明自然界中的科里奥利效应摘要：本文通过举例介绍了惯性力及科里奥利力的相关概念，列举了自然界中的科里奥利效应。关键字：惯性力 科里奥利力 科里奥利效应1、 引言牛顿运动定律一直被人们广泛应用，其在动力学中有着不可撼动的地位，然而它只适用于惯性系。在非惯性系中，牛顿运动定律并不适用。为了在非惯性系中方便的解决力学问题，人们假象在该体系中，除了相互作用所引起的力之外还受到一种由于非惯性系而引起的力惯性力。惯性力的引入使牛顿运动定律仍然可以在非惯性系中被用来解决力学问题。同样的，人们在旋转体系中引入了科里奥利力，使得可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理旋转体系中的运动方程，大大简化了旋系的处理方式。2、 惯性力惯性力是指当物体加速时，惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向，若是以该物体为坐标原点，看起来就仿佛有一股方向相反的力作用在该物体上，因此称之为惯性力。因为惯性力实际上并不存在，实际存在的只有原本将该物体加速的力，因此惯性力又称为假想力。aaFnGF*Fn=G F*=maF*=ma例如,设想有一静止的火车，车厢内一光滑桌子上放有一个小球，小球静止；现在火车开始加速启动，在地面上的人（显然他选用了一个惯性参考系地面）看来，小球并没有运动，但是在火车上的人看来，小球沿着与火车运动方向相反的方向在运动，且加速度和火车的加速度大小相等，方向相反（如图）。以火车为参考系，小球处于一个非惯性系中，于是我们引入一个惯性力F*，这样就可以从形式上解释火车上的人观察到的现象。这只是为了能在非惯性系里面运用牛顿运动定律研究问题，事实上惯性是物体本身的性质，而不是力。3、 科里奥利力旋转体系中质点的直线运动科里奥利力是以牛顿力学为基础的。例如，一人A在某圆盘中扔出小球，若圆盘静止，人B可接到A扔出的球；若圆盘以一定角速度转动转动，A扔出的球可到达B点，B接不到A扔出的球（如图）。为了描述旋转体系的运动，需要在运动方程中引入一个假想的力，这就是科里奥利力（图中Fc）。在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性，有沿著原有运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，体系中质点的位置会有所变化，而它原有的运动趋势的方向，如果以地面参考系 圆盘参考系B VtaVtb w O B V A Fc O B V A旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。如上图所示，当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于旋转体系，其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系，我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线，这就是科里奥利力。根据牛顿力学的理论，以旋转体系为参照系，这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用，这就是科里奥利力。从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的体现。科里奥利力的计算公式如下:F = 2m v式中F为科里奥利力；m为质点的质量；v为相对于静止参考系质点的运动速度（矢量）；为旋转体系的角速度（矢量）；表示两个向量的外积符号（ v ：大小等于v*sin ,方向满足右手螺旋定则）。4、 自然界中的科里奥利效应科里奥利效应（Coriolis force)，是地球自转偏向力，指的是由于地球沿着其倾斜的主轴自西向东旋转而产生的偏向力，使得在北半球所有移动的物体包括气团等向右偏斜，而南半球的所有移动物体向左偏斜的现象。在自然界中，存在这许多科里奥利现象。从热带向北流动的一阵风或一般海流，起初随着地球的 旋转，从西向东转动得非常快。当它向北流动时，它保持着 它的速度，而地表的运动速度却越来越小。因此，风或海流 就会超过地表，并且越来越向东沿着曲线前进。最后，风或 海流就在北半球顺时针方向划一个大圆圈，而在南半球则反 时针方向划一个大圆圈。正是这种造成曲线运动的科里奥利效应，在更加集中 （因而更加有力）时，就会形成飓风，如果还要更加集中和 更加有力，就会形成龙卷风。下面介绍几种自然界中的科里奥利效应：1. 大气环流：大气运动的能量来源于太阳辐射，气压梯度力是大气运动的源动力。全球共有赤道低压带，南、北半球纬度30附近的副热带高压带，南、北半球纬度60附近的副极地低压带，南、北半球的极地高压带等七个气压带。气压带之间在气压梯度力和地转偏向力的作用下形成了低纬环流圈、中纬环流圈和高纬环流圈。由于受地转偏向力的作用，南北向的气流却发生了东西向的偏转。北半球地面附近自北向南的气流，有朝西的偏向。在气压带之间形成了六个风带，即南、北半球的低纬信风带，南、北半球的中纬西风带，南、北半球的极地东风带。2. 气旋和反气旋：气旋与反气旋是大气中最常见的运动形式，也是影响天气变化的重要天气系统。在气压梯度力和地转偏向力的共同作用下，大气并不是径直对准低气压中心流动，也不是沿辐射方向从高气压中心流出。低气压的气流在北半球向右偏转成按逆时针方向流动的大旋涡，在南半球向左转成按顺时针方向流动的大旋涡，大气的这种流动很象江河海流中水的旋涡，所以又叫气旋。夏秋季节，在我国东南沿海经常出现的台风，就是热带气旋强烈发展的一种形式。高气压的气流在北半球按顺时针方向旋转流出，在南北半球按逆时针方向旋转流出，高气压的这种环流系统叫反气旋。3. 柏而定律：该定律是自然地理中一条著名的、从实际观察总结出来的规律，即北半球河流右岸比较陡削，南半球则左岸比较陡削。这可以由地转偏向力得到说明，北半球河水在地转偏向力作用下，对右央求冲刷甚于左岸，长期积累的结果，右岸比较陡峭。5、 结束语通过以上分析，我们可以看到，惯性力和科里奥利力的引入，让我们在解决非惯性系下的力学问题是变的简洁明了。并且实际生活中，存在中惯性力和科里奥利力的应用非常多。比如，游乐场的的过山车，大转盘等等。在我们轻松娱乐的时候，就可里感受到非惯性系下的力学效应。日常生活的多多留心，可以使我们更好的理