Fizikia inapochunguza mchakato wa mwendo wa miili katika fremu zisizo za inertial za marejeleo, mtu anapaswa kuzingatia kinachojulikana kama kuongeza kasi ya Coriolis. Katika makala tutaitolea ufafanuzi, kuonyesha kwa nini inatokea na inajidhihirisha wapi duniani.
Kuongeza kasi ya Coriolis ni nini?
Ili kujibu swali hili kwa ufupi, tunaweza kusema kwamba huu ni mchapuko unaotokea kama matokeo ya hatua ya nguvu ya Coriolis. Mwisho hujidhihirisha wakati mwili unasogea katika fremu ya marejeleo inayozunguka isiyo ya inerti.
Kumbuka kwamba mifumo isiyo ya inertial husogea kwa kuongeza kasi au kuzunguka angani. Katika matatizo mengi ya kimwili, sayari yetu inachukuliwa kuwa sura ya kumbukumbu ya inertial, kwa kuwa kasi yake ya angular ya mzunguko ni ndogo sana. Hata hivyo, wakati wa kuzingatia mada hii, Dunia inachukuliwa kuwa isiyo na inertial.
Kuna nguvu za uwongo katika mifumo isiyo ya inertial. Kutoka kwa mtazamo wa mwangalizi katika mfumo usio na inertial, nguvu hizi hutokea bila sababu yoyote. Kwa mfano, nguvu ya centrifugal nibandia. Kuonekana kwake hakusababishwa na athari kwenye mwili, lakini kwa uwepo wa mali ya inertia ndani yake. Vile vile inatumika kwa nguvu ya Coriolis. Ni nguvu ya uwongo inayosababishwa na sifa zisizo na nguvu za mwili katika sura inayozunguka ya kumbukumbu. Jina lake linahusishwa na jina la Mfaransa Gaspard Coriolis, ambaye alilihesabu kwanza.
Nguvu ya Coriolis na mwelekeo wa kusogea angani
Baada ya kufahamu ufafanuzi wa kuongeza kasi ya Coriolis, hebu sasa tufikirie swali maalum - ni mwelekeo gani wa harakati ya mwili katika nafasi kuhusiana na mfumo wa mzunguko hutokea.
Hebu tuwazie diski inayozunguka katika ndege iliyo mlalo. Mhimili wima wa mzunguko hupita katikati yake. Acha mwili upumzike kwenye diski inayohusiana nayo. Katika mapumziko, nguvu ya centrifugal hufanya juu yake, ikiongozwa kando ya radius kutoka kwa mhimili wa mzunguko. Ikiwa hakuna nguvu ya katikati inayoipinga, basi mwili utaruka kutoka kwenye diski.
Sasa chukulia kwamba mwili unaanza kusogea kiwima kwenda juu, yaani, sambamba na mhimili. Katika hali hii, kasi yake ya mstari wa mzunguko kuzunguka mhimili itakuwa sawa na ile ya diski, yaani, hakuna nguvu ya Coriolis itatokea.
Ikiwa mwili ulianza kufanya harakati ya radial, yaani, ilianza kukaribia au kuondoka kutoka kwa mhimili, basi nguvu ya Coriolis inaonekana, ambayo itaelekezwa kwa tangentially kwa mwelekeo wa mzunguko wa disk. Muonekano wake unahusishwa na uhifadhi wa kasi ya angular na uwepo wa tofauti fulani katika kasi ya mstari wa pointi za diski, ambazo ziko kwenyeumbali tofauti kutoka kwa mhimili wa mzunguko.
Mwishowe, ikiwa mwili utasogea kwa kasi hadi kwenye diski inayozunguka, basi nguvu ya ziada itaonekana ambayo itausukuma kuelekea kwenye mhimili wa kuzunguka au mbali nayo. Hiki ndicho kijenzi cha radial cha nguvu ya Coriolis.
Kwa kuwa mwelekeo wa kuongeza kasi ya Coriolis unalingana na mwelekeo wa nguvu inayozingatiwa, uongezaji kasi huu pia utakuwa na vipengele viwili: radial na tangential.
Mfumo wa nguvu na kuongeza kasi
Nguvu na kuongeza kasi kwa mujibu wa sheria ya pili ya Newton zinahusiana kwa uhusiano ufuatao:
F=ma.
Tukizingatia mfano hapo juu wenye mwili na diski inayozunguka, tunaweza kupata fomula kwa kila kijenzi cha nguvu ya Coriolis. Ili kufanya hivyo, tumia sheria ya uhifadhi wa kasi ya angular, na pia kukumbuka formula ya kuongeza kasi ya centripetal na usemi wa uhusiano kati ya kasi ya angular na ya mstari. Kwa muhtasari, nguvu ya Coriolis inaweza kufafanuliwa kama ifuatavyo:
F=-2m[ωv].
Hapa m ni uzito wa mwili, v ni kasi yake ya mstari katika fremu isiyo ya inertial, ω ni kasi ya angular ya fremu yenyewe ya marejeleo. Fomula inayolingana ya kuongeza kasi ya Coriolis itachukua fomu:
a=-2[ωv].
Bidhaa ya vekta ya kasi iko kwenye mabano ya mraba. Ina jibu la swali ambapo kuongeza kasi ya Coriolis inaelekezwa. Vector yake inaelekezwa perpendicular kwa mhimili wote wa mzunguko na kasi ya mstari wa mwili. Hii ina maana kwamba alisomakuongeza kasi husababisha mkunjo wa mwelekeo wa mstatili wa mwendo.
Ushawishi wa kikosi cha Coriolis kwenye kukimbia kwa mpira wa mizinga
Ili kuelewa vyema jinsi nguvu iliyosomwa inavyojidhihirisha katika vitendo, zingatia mfano ufuatao. Acha kanuni, ikiwa kwenye meridian sifuri na latitudo sifuri, ipige moja kwa moja kaskazini. Ikiwa Dunia haikuzunguka kutoka magharibi hadi mashariki, basi msingi ungeanguka kwa longitudo ya 0 °. Hata hivyo, kutokana na mzunguko wa sayari, msingi utaanguka kwa longitudo tofauti, kubadilishwa kuelekea mashariki. Haya ni matokeo ya kuongeza kasi ya Coriolis.
Maelezo ya athari iliyoelezwa ni rahisi. Kama unavyojua, pointi kwenye uso wa Dunia, pamoja na raia wa hewa juu yao, zina kasi kubwa ya mzunguko wa mstari ikiwa ziko kwenye latitudo za chini. Wakati wa kuondoka kwenye kanuni, msingi ulikuwa na kasi ya juu ya mstari wa mzunguko kutoka magharibi hadi mashariki. Kasi hii huifanya kuelea kuelekea mashariki inaporuka katika latitudo za juu zaidi.
Athari ya Coriolis na mikondo ya bahari na hewa
Athari ya nguvu ya Coriolis inaonekana kwa uwazi zaidi katika mfano wa mikondo ya bahari na mwendo wa wingi wa hewa katika angahewa. Kwa hivyo, Mkondo wa Ghuba, unaoanzia kusini mwa Amerika Kaskazini, unavuka Bahari ya Atlantiki nzima na kufikia ufuo wa Ulaya kutokana na athari inayojulikana.
Kuhusu wingi wa hewa, pepo za biashara, ambazo huvuma kutoka mashariki hadi magharibi mwaka mzima katika latitudo za chini, ni dhihirisho wazi la ushawishi wa nguvu ya Coriolis.
Tatizo la mfano
Mfumo waKuongeza kasi ya Coriolis. Inahitajika kuitumia kuhesabu kiasi cha kuongeza kasi ambayo mwili hupata, kusonga kwa kasi ya 10 m / s, kwa latitudo ya 45 °.
Ili kutumia fomula ya kuongeza kasi kuhusiana na sayari yetu, unapaswa kuiongezea utegemezi wa latitudo θ. Fomula ya kufanya kazi itaonekana kama:
a=2ωvdhambi(θ).
Alama ya kuondoa imeachwa kwa sababu inafafanua mwelekeo wa kuongeza kasi, si moduli yake. Kwa Dunia ω=7.310-5radi/s. Kubadilisha nambari zote zinazojulikana kwenye fomula, tunapata:
a=27, 310-510dhambi(45o)=0.001 m/ c 2.
Kama unavyoona, kasi iliyokokotolewa ya Coriolis ni karibu mara 10,000 kuliko ile ya uvutano.
