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科里奧利力,(Coriolis force),也稱作哥里奧利力,簡稱為科氏力[1],是對旋轉體系中進行直線運動的質點由於慣性相對於旋轉體系產生的直線運動的偏移的一種描述。

科里奧利力來自於物體運動所具有的慣性

物理定義

在旋轉體系中進行直線運動的質點,由於慣性,有沿着原有運動方向繼續運動的趨勢,但是由於體系本身是旋轉的,在經歷了一段時間的運動之後,體系中質點的位置會有所變化,而它原有的運動趨勢的方向,如果以旋轉體系的視角去觀察,就會發生一定程度的偏離。

當一個質點相對於慣性系做直線運動時,相對於旋轉體系,其軌跡是一條曲線。立足於旋轉體系,我們認為有一個驅使質點運動軌跡形成曲線, 這個力就是科里奧利力。

根據牛頓力學的理論,以旋轉體系為參照系,這種質點的直線運動偏離原有方向的傾向被歸結為一個外加力的作用,這就是科里奧利力。從物理學的角度考慮,科里奧利力與離心力一樣,都不是在慣性系中真實存在的力,而是慣性作用在非慣性系內的體現,同時也是在慣性參考系中引入的慣性力,方便計算。

科里奧利力的計算公式如下:

F= -2m ω ×v'

式中F為科里奧利力;m為質點的質量; v'為相對於轉動參考系質點的運動速度(矢量); ω為旋轉體系的角速度(矢量);×表示兩個向量的外積符號( ω×v' :大小等於ω的大小乘以v的大小再乘以兩矢量夾角的正弦值,方向滿足右手螺旋定則)。

影響意義

在地球科學領域

由於自轉的存在,地球並非一個慣性系,而是一個轉動參照系,因而地面上質點的運動會受到科里奧利力的影響。地球科學領域中的地轉偏向力就是科里奧利力在沿地球表面方向的一個分力。地轉偏向力有助於解釋一些地理現象,如河道的一邊往往比另一邊沖刷得更厲害(地轉偏向力)[2]

信風與季風

地球表面不同緯度的地區接受陽光照射的量不同,從而影響大氣的流動,在地球表面延緯度方向形成了一系列氣壓帶,如所謂「極地高氣壓帶」、「副極地低氣壓帶」、「副熱帶高氣壓帶」等。在這些氣壓帶壓力差的驅動下,空氣會沿着經度方向發生移動,而這種沿經度方向的移動可以看作質點在旋轉體系中的直線運動,會受到科里奧利力的影響發生偏轉。由科里奧利力的計算公式不難看出,在北半球大氣流動會向偏轉,南半球大氣流動會向偏轉,在科里奧利力、大氣壓差和地表摩擦力的共同作用下,原本正南北向的大氣流動變成東北-西南或東南-西北向的大氣流動。

視頻

科里奧利力 相關視頻

較真丨什麼是科里奧利力和科里奧利加速度 
農村中學科技館展品視頻——科里奧利力 

參考文獻

  1. 科氏力實際是科里奧利力,科學網,2018-11-4
  2. 地轉偏向力與科里奧利力,道客巴巴,2015-07-12