物理课程小论文 科里奥利力的原理及应用

物理课程小论文班级： 姓名： 学号： 时间： 科里奥利力的原理及应用科里奥利力的历史：科里奥利力是以牛顿力学为基础的。1835年，法国气象学家和工程师科里奥利提出，为了描述旋转体系的运动，与惯性力一样，需要在运动方程中引入一个假想的力，这就是科里奥利力。引入科里奥利力之后，人们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，大大简化了旋转体系的处理方式。由于人类生活的地球本身就是一个巨大的旋转体系，因而科里奥利力很快在流体运动领域取得了成功的应用。物理学中的科里奥利力：科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性，在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性的作用，有沿着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，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。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，这个力就是科里奥利力。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:式中为科里奥利力；m为质点的质量；为质点的运动速度；为旋转体系的角速度；表示两个向量的外积符号。特殊的，在地球上，拥有水平于地面方向运动分量的物体受力大小为：。为物体质量；为地转偏向力的大小；为物体的水平运动速度分量；为地球自转的角速度；是正弦函数；为物件所处的纬度。受力方向北半球向物体运动的右侧，南半球向物体运动的左侧。科里奥利力与科里奥利加速度的关系通常，在惯性系中观察到的科里奥利加速度，其中为圆盘转动的角速度矢量，为质点所具有的径向速度。可见科里奥利加速度的方向与科里奥利力的方向相反。这是因为，科里奥利加速度是在惯性系中观察到的，由作用力产生；而科里奥利力则是在转动的参考系中观察到的，它产生的加速度是相对于非惯性系而言的。不能认为科里奥利加速度是由科里奥利力产生的。科里奥利力产生的影响在地球科学领域由于自转的存在，地球并非一个惯性系，而是一个转动参照系，因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响。地球科学领域中的地转偏向力就是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力。地转偏向力有助于解释一些地理现象，在北半球运动的物体（如气流）有向右偏转的趋势，在南半球运动的物体则有向左偏转的趋势。因此，北半球东西走向的河流，流向的右侧通常多峭壁，左侧则多平缓河岸。南半球反之。傅科摆可以看作一种往复的直线运动，在地球上的摆动会受到地球自转的影响。只要摆面方向与地球自转的角速度方向存在一定的夹角，摆面就会受到科里奥利力的影响，而产生一个与地球自转方向相反的扭矩，从而使得摆面发生转动。1851年法国物理学家傅科预言了这种现象的存在，并且以实验证明了这种现象，他用一根长67米的钢丝绳和一枚27千克的金属球组成一个单摆，在摆垂下镶嵌了一个指针，将这个巨大的单摆悬挂在教堂穹顶，实验证实了在北半球摆面会缓缓向右旋转。由于傅科首先提出并完成了这一实验，因而实验被命名为“傅科摆实验”。信风与季风分子光谱的影响热带气旋科里奥利力的应用人们利用科里奥利力的原理设计了一些仪器进行测量和运动控制。质量流量计：质量流量计让被测量的流体通过一个转动或者振动中的测量管，流体在管道中的流动相当于直线运动，测量管的转动或振动会产生一个角速度，由于转动或振动是受到外加电磁场驱动的，有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度有关，而质量和运动速度即流速的乘积就是需要测量的质量流量，因而通过测量流体在管道中受到的科里奥利力，便可以测量其质量流量。应用相同原理的还有粉体定量给料秤，在这里可以将粉体近似地看作流体处理。陀螺仪：旋转中的陀螺仪会对各种形式的直线运动产生反映，通过记录