大学物理惯性力小论文.docx

生活中的惯性力和科里奥利力及后者在自然界中的效应摘要：本文主要通过举例介绍了惯性力和科里奥利力的概念，并且列举了自然界中科里奥利力的效应。关键词：非惯性系、惯性力、科里奥利力、转动系、科氏力学现象。一、 引言我们熟知的牛顿力学的基本定律，只在惯性系中成立。然而，宇宙中并不存在严格意义上的惯性系，所以在实际问题我们不得不和非惯性系打交道。例如，地球上加速运动的汽车、游乐场的旋转木马，还有我们自转着的地球都不是惯性系。在非惯性系中，通过引入惯性力这样的概念，就能使得牛顿运动定律也能在非惯性系中得到利用。而后讲到的科里奥利力，则是惯性力在转动系中的特殊情况。二、 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。例如，在生活中，我们坐公交车时经常会有司机突然急刹车的经历，这个时候我们往往会向前倾。我们仔细想一想会发现，刹车的这个时候，作为乘客的我们是没有受到一个使我们身体前倾的这样一个力的，这仅仅是惯性在不同参考系下的表现而已。由于公交车刹车时相对地面有向后的加速度，如果以公交车为参考系的话，那么我们乘客就有向前的加速度了，记为a*。进而我们就受到一个向前的力F*=m x a*（其中m为我们的质量）。这个F*实际上是不存在的，也就是我们所讲到的惯性力（或者假想力）。这样看来，在公交车这个非惯性下，只要引入了这个惯性力，我们就依旧能利用牛顿运动定律来解决一些问题了。三、 科里奥利力 惯性力有很多特殊情况。像如果在转动的参照系中引入的话，如果物体相对于匀速转动的参照系静止，我们就会得到惯性离心力；而若物体相对于匀速转动的参考系有相对运动的，那么就有一种附加的力出现，也就是科里奥利力。如图，假设在A点设一个质量为m的小球（AB方向上有一个光滑槽）。若小球仅有径向速度Vr，t内会运动到B点（a）;若小球随圆盘一起匀速转动，则t内会动到C点（b）；但是如果这两方向速度都具有的话，小球则会到大D点（c）.我们仔细来看一下，如果把小球的径向速度Vr和切向速度wr合成，则小球理应在t时间内到达D点，但小球实际上到达的是D点。这就表明槽对小球作用有沿切线或圆弧方向的力，它使得小球获得了切向加速度，并且是小球多走出弧长DD。因为t很短，可设小球以恒定加速度a*多走出了弧长DD。由DD= a*(t) ,于是得到a*=2wVr也就有F*=2mwVr。以上槽壁给小球的约束力是真是存在的。但我们从圆盘转动系统来看，小球做惯性运动，故必定受到一个大小与槽壁的约束力F*相反的力与之平衡。类似于惯性力的定义，我们将这个假想力定义为科里奥利力（其实就是惯性力在 转动系的特殊情况）科氏力Fc经判断，得公式Fc=2mVrw。四、 自然界中的科里奥利效应我们生存的地球是一个转动参照系，所以地面上所有质点的运动都会受到科氏力的影响，因此自然界中的科里奥利效应是比较丰富的，下面简略给出一些例子。（1） 河岸被冲刷在北半球运动的物体总受到从左侧指向右侧的力，由于科里奥利效应，河水的流向将向右偏转，加强了对右岸的冲击。因此，北半球河床的右岸受到比较严重的冲刷，右岸比较陡峭。在我国黄河流域的河套地段，这一现象尤为明显。相反，在南半球，左岸就比较陡峭。（2） 大气环流和涡流由于地球自转，形成大气环流，赤道附近热空气上升，引起两极空气向赤道方向流动，即形成了信风。北半球信风自北向南，在科氏力的作用下，这股向南的气流就会偏西，形成东北信风。而南半球就形成东南信风。至于涡流的形成也是与科氏力有关的。当地表某处遇热时，热空气上升形成低气压，外面的高气压空气想低气压中心流动。由于科氏力的作用，在北半球气流方向将向流动方向的右方偏转，从上俯瞰的话，就会看到形成了逆时针方向的漩涡。 除了这些之外，自然界中科里奥利效应还有落体偏东现象、傅科摆、复现火车等等。所以总的来看，利用科里奥利效应，可以解释生活中很多看似解释不通的现象，它的意义和作用是显著的。五、 结语通过以上的分析，我们可以发现，当我们把惯性力和科里奥利力引入后，可以使很多非惯性系下的复杂问题变得简单明了，也使我们更好的理解了生活中一些只用牛顿运动定律无法解释的现象。尤其是科里奥利力与地球上物理运动的结合，更使我们了解了关于大自然的河流流向、大气环流、气候表现等等看似离我们很遥远的难以研究的现象。所以说，在生活中，我们要处处留心，勤于思索，就能找到看似复杂的现象背后有趣的知识，并且利用这些知识，改善我们的生活。参考文献（1） 普通物理学教程力学