科里奥利力与地转偏向力

1、精选范本，供参考!科里奥利力与地转偏向力一、问题提出:在中学阶段学习地理知识时我们学到了地转偏向力，认识到地转偏向力是因为地球自转而产生的，是一种能促使地表水平运动物体方向产生偏转的力，而且地转偏向力与科氏力有关.但是当时一直无法理解地转偏向力的实质：地转偏向力是不是就是科里奥利力？还是科 里奥利力的水平分量？是不是只有沿经线运动才受地转偏向力影响？在学习了大学物理惯 性力的相关知识后我决定对当年的疑问展开探究。、两种惯性力：“离心惯性力”与“ 科里奥利力”牛顿第二定律适用的范围是惯性系 当地球自转对我们研究的问题影响很小时，可以认为 地面是惯性系但地转偏向力的成因恰恰是地球自转造成的，此时地

2、面为非惯性系如果选 取地轴作为参考系，忽略地球公转对问题研究的影响，地轴可近似认为是惯性系而地面是 相对于惯性系做匀速转动的非惯性系 在非惯性系中，牛顿第二定律是不成立的如果要在 非惯性系中继续应用牛顿第二定律来研究问题，则需要人为引入惯性力而离心惯性力、科里 奥利力都是惯性力离心愤性力图示由图可知，离心惯性力是沿半径方向背离圆心的，而科里奥利力沿切线方向，与参考系旋转方向相反 两种 惯性力根本不同，而在中学地学的学习过程中我们常常 把二者混为一谈。三、沿经线运动的物体所受地转偏向北半球某物体沿经线由 A 点向 B 点运动，在物体 运动期间 A、B 两点随地球自转移动到 A B 位置; 从 A

3、 点到 B 点地面上各自转线速度(沿纬线方向速度)精选范本，供参考!不断落后，向右偏离原来所在经线，最后到达 B点右侧的 某一位置反过来，如果物体 沿 经线由 B点向 A 点运动，由于从 B 点到 A 点自转线速度逐渐减小，那么物体在移动过程 中仍然将不断向右偏离原来所在经线，最后到达 A 点右侧的某一位置同理可证，南半球沿经线运动的物体将向左偏近地表物体沿经线运动的情况，与物体在旋转圆盘上沿径向运动的情况是同一类型这种情况下物体所受的惯性力是科里奥利力四、沿纬线运动的物体所受地转偏向力以地面为参考系，物体处于平衡状态，因此必须引入离心惯性力f*c，这样，万有引力F、地表对物体的作用力FN 以

4、及离心惯性力 f*c 三力平衡，如左下图所示，使物体相对于地面保持静止万有引力 F、地表对物体的作用力 FN 都是物体实际受到的作用，都有 施力物体，而离心惯性力 f*c 是人为引入的，其作用就是使得牛顿定律在非惯性系中依然 适用 f*c = mwA2r （其中 w 是地球自转角速度，r 是物体所在纬线圈的半径.）假设物体沿纬线自西向东相对地面以速度v 相对匀速运动那么，物体绕轴做圆周运动的实际角速度增加，由于离心惯性力 f*c = mwA2r，所以 f*c 必将增加，成为 f*c 在地面上看，万有引力 F、地表对物体的作用力FN 以及离心惯性力f*c 三力不再平衡离心惯性力多了个增量 f*c

5、 = f*c f*c， f*c 与 f*c 方向相同我们可以把 f*c 分解为与地表垂直和水平的两个分量如果物体所在纬度为r，不难看出，其中的水平分量厶f*csin 八就是我们所探讨的水平方向的地转偏向力这个力垂直于物体速度方向，水平向 右，如右上图所示当物体沿纬线 向西运动时， f*c 与 f*c 方向相反，指向地轴， f*c 的水平分量 f*c s in 仍然是垂直于物体速度方向水平向右的同理可证，在南半球，f*c sin是直于物体速度方向水平向左的沿赤道运动的物体， f*c sin 的 水平分量永远等于0 在右上图中，f*d= f*c sin ，即把沿纬线运动时的地转偏向力记做了f*d逐

6、渐增大，而物体沿纬线方向的速度始终保持在A 点处时的大小，因此物体移动过程中将精选范本，供参考!五、斜穿经纬线运动的偏向是上述两种成因不同的偏向现象的叠加由速度的合成原理可知，近地表物体的水平运动速度均可分解为沿经线的运动和沿纬 线的运动；这两种运动所造成的偏向趋势虽然是相同的，但是产生原因是不同的为了更便于理解，查阅出地转偏向力的大小公式：（见如下截图，其中为纬度,A 为地转偏向力的大小）Ais = 2用兀山引门爭川由t = 2 $乩曲11护，月上F= 2孑駅四wcosp昇州乐=2卩r（wcospa式中；A . V的“下标”,是按顺序对应的，如/曲飞与$晦北就是代表：向南运动）产生向西的地转

7、偏向力Uffi）向北运动（门门产生向东的地转偏向力“嚴） 从以上四个公式中*可以看出：南北向（水平）运动W砒,产生东西向（水平）地转偏向力（2）东西向（水平）运动（，献阳）,既产生南北向f水平地转偏向力（冲祝匕）j也产 生上下（铅直地转偏向力以上下）（3；上下（铅直）运动少上下）,产生东西向（水平）地转偏向力西东）.六、结论总的来说，认为地转偏向力就是科里奥利力是不准确的只有沿经线运动物体的地转偏向力才是科里奥利力.而沿纬线运动物体的地转偏向力是离心惯性力沿地表的一个分力七、地转偏向力与三圈环流的形成明白了地转偏向力的实质，我们便可以理解中学阶段难以理解的三圈环流的形成过程：从北半球来看（不考

8、虑下垫面），赤道地区上升的暖空气，在气压梯度力作用下，由赤道上空向北流向北极上空（南风），受地转偏向力影响，由南风逐渐右偏成西南风，到30 N附近上空时偏转成了西风，来自赤道上空的气流不能再继续北流，而是变成自西向东运动。由于赤道上空的空气源源不断地流过来，在30N 附近上空堆积，产生下沉气流，致使近地面气压升高，形成副热带高气压带。近地面，在气压梯度力作用下，大气由副热带高气压带向南北流出。向南的一支流向赤道低压，在地转偏向力影响下，由北风逐渐右偏成东北风，称为东北信风？东北信风与南半球的东南信风在赤道附近辐合上升，在赤道与副热带地区之 间便形成了低纬环流圈。 近地面，精选范本，供参考!从副

9、热带高气压向北流的一支气流，在地转偏向力的作用精选范本，供参考!下逐渐右偏成西南风即盛行西风。下逐渐向右偏形成 东北风，即极地东 风。较暖的盛行西 风与寒冷的极地东 风在 60N附近相遇， 形成锋面（极锋）。暖而轻的气流爬升 到冷而重的气流之 上，形成了副极地 上升气流。上升气 流到高空，又分别 流向南北，向南的 一支气流在副热带 地区下沉，于是在副热带地区与副极 地地区之间构成中 纬度环流圈；北的一支气流在北极地区下沉，是在副极地地区与极地之间构成了高纬度环流圈。 由于副极地上升气流到高空便向南北流出，使近地面的气压降低，成了副极地低气压带。同理,南半球同样存在着低纬、中纬、高纬三个环流圈。因此，在近地面，共形成了7 个气压带、6 个风带。八、其他地转偏向力实例：1. 在运动场的椭园形跑道上，规定比赛时要逆时针跑这是为了运动员进入弯曲的跑道时， 地转偏向力可以抵消一部分离心，可以减小运动员身体的倾斜角度，于是速度快，却不易摔倒。2. 热带气旋（北太平洋上出现的称为台风）的形成也受到科里奥利力的影响。驱动热带气旋运动的原动力是一个低气压中心与周围大气的压力差，周围大气中的空气在压力差的驱动下向低气压中心定向移动，这种移动受到科里奥利力的影响而发