科里奥利力与地转偏向力

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_地转偏向力_与_科里奥利力_

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图 5 北半 球近地面沿纬线向东 运动物体偏转方向分析
当物体沿纬线 向西 运动 时,
f
* c

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
s in
方向水平向左的.
是直于物体速度
沿赤 道 运 动 的 物体,
f
* c
的 水平 分 量 永 远 等
于0. 我们不妨 把沿 纬 线运 动 时的 地 转偏 向力 记 做
f
* d
,
则有:
f
* d
=
f
* c
sin
.
5 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 2 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.
右偏, 在南半球向左偏, 赤道上无偏转. 使水平运动物 体的运动方向发生偏转的力称为地转偏向力. ∀
#综合自然地理∃, 科学出版社, 刘南威、郭有立, 1993, 65 页: ! 由于地球自转的结果, 所有在北半球做
水平运动的物体都要发生向右偏转的效应, 在南半球
情况相反. 这种因地球自转而使运动物体偏离原方向 的力叫科里奥利力, 也叫地转偏向力. 它只 影响运动
力, 因此称为科里奥利力 % %∀ 2) 物理教科书 #全日制普通 高级中学 教科书 ( 必 修) 物理第 一
册∃, 人民教育出版社, 人民教育出版社物理室, 2003, 66 页: ! 在高中地理课本! 沿地表 水平运动物体 的偏 移∀中提到的! 地转偏向力∀, 也是一种惯性力, 它是因 地球自转而引起的. ∀

谬误与真知:马桶、台风与“地转偏向力”

谬误与真知:马桶、台风与“地转偏向力”

谬误与真知:马桶、台风与“地转偏向力”“为什么北半球的马桶冲水时水流是逆时针向内旋转的?”“因为地转偏向力使水流一边向下流一边向它的右边拐。

”这是一个在日常生活中会偶尔听到的话题,故勿论其对错。

那么,到底这个“地转偏向力”是什么呢?地转偏向力,是一个更为普遍的“力”之中的一个特例,这个“力”的大名就叫做科里奥利力。

它是由法国数学家、工程师科里奥利(Gaspard-Gustave Coriolis)从理论力学中推导出来的,所以也以他的名字命名。

为什么我们要在这个“力” 字上加引号呢?因为它不是一个真正的力。

真正的力除了有受力物体也应该有施力物体,但如果这个科里奥利力有施力物体的话,那这个施力物体也太玄乎了,能让北半球所有水流都向右拐。

这其实不是一个真正的力,物理学家们把它称作一种惯性力,也就是说是由物体的惯性产生的力。

那么,在什么情况下才会出现这种力呢?科里奥利说了,在一个转动的参考系中就会出现科里奥利力,只要是在这个参考系中运动的物体都会好像受到一股垂直于运动方向的力,从而偏离开它的轨道。

科里奥利他说的“转动的参考系”,其实这个转动就是说这个参考系相对于一个惯性系在转动【注1】,那么这个参考系本身就是一个非惯性系了。

科里奥利力就是这个非惯性系里边的一个惯性力。

不过科里奥利力也不是对所有物体都一视同仁的。

对于相对参考系不动的物体,它不会作任何打扰,它专爱找运动物体的麻烦。

它的公式是:Fic=-2ω×mv。

在这里,m是物体的质量,ω是指示参考系旋转速度和方向的向量(就是方向和数量的一个组合),而v则是物体在这个参考系中运动的速度向量。

这个乘号也有讲究,它不是一般2×3的那种乘法,而是一种特别为向量设计的乘法,通常叫做叉乘。

而Fic就是这个物体在这个参考系中受到的科里奥利力。

现在我们可以解释为什么北半球的水流总有向右偏的倾向了。

我们向来认为地球是不动的,就算是物理学家做实验,在很多情况下都选取大地作为参考系。

科里奥利力与地转偏向力

科里奥利力与地转偏向力

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。

二、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.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力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 点到 B 点地面上各自转线速度( 沿纬线方向速度)逐渐增大, 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 = mw^2r (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 = mw^2r , 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 = 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? , 不难看出, 其中的水平分量△f*c sin ? 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)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。

为何南北半球的地球偏转力(科里奥利力)方向不同?

为何南北半球的地球偏转力(科里奥利力)方向不同?

为何南北半球的地球偏转力(科里奥利力)方向不同?地球上水平运动的物体,无论朝着哪个方向运动,都会发生偏向:在北半球向右偏,在南半球向左偏,这种现象称作地球自转偏向力。

物体静止时,不受地转偏向力的作用,地转偏向力是地球自转运动影响的结果,当物体运动时,由于其本身的惯性作用,总是力图保持其原来的运动方向和运动速度,地转偏向力的方向同物体运动的方向相垂直,并且对物体的运动方向产生一定影响,使之向右或向左偏转。

地球自转的线速度各地不同,在北半球,当气流自北向南运动时,即从自转速度较小的纬度吹向自转线速度较大的纬度,这时,气流会偏离始发时的经线,发生向右偏,即原来的北风逐渐转变为东北风;其他情形也是同样的道理。

在赤道上作水平运动的物体不会发生偏向现象,因为赤道上的自转偏向力为零。

风在气压梯度力的作用下吹起来了。

可是出人意料,风一旦起步行走,却并不朝着气压梯度力所指的方向从高压一边直接迈向低压一边,而是不断地偏转它的方向,在北半球向右偏转,在南半球则向左偏转。

这是无数次观测早已证明了客观事实。

可见,一定还有一种什么力量从风的一侧拉着它转向。

经过人们深入实践和研究,这种力终于找到了。

这就是地转偏向力。

这个名称的本身就已告诉我们:促使风向发生偏转的力量原来是因为地球自转而引起的。

在不停地旋转着的地球上,受地转偏向力作用的不仅是风,一切相对于地面运动着的物体都受到它的作用,不过因为地转偏向力和物体受到的其他力比较起来极为渺小,不为人们觉察罢了。

尽管如此,在经历了漫长的岁月以后,地转偏向力还是在地球上某些地方留下了它的痕迹。

人们发现,沿着水流的方向,在北半球,河流的右岸往往比左岸陡峭;在南半球,河流的左岸比右岸陡峭。

这是地转偏向力存在的一个见证。

这种水流对左右岸冲刷作用的差异是微不足道的,但河里的水日夜奔流,一千年,一万年,一亿年,就会显现出来的。

那末地球自转怎么会产生偏向力的呢?要解答这个问题,先来做一个实验:用纸板做一个圆盘,把圆盘的中心固定起来,使它能够转动,再准备一支铅笔、一把直尺就行了。

【初中地理】八年级地理复习资料之地转偏向力成因

【初中地理】八年级地理复习资料之地转偏向力成因

【初中地理】八年级地理复习资料之地转偏向力成因【—八年级地理之地转偏向力成因】水平地转偏向力亦称地偏力,因为地球自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。

地转偏向是科氏力(科里奥利力)在沿地球表面方向的一个分力。

其原因概括如下:为了维持物体的水平惯性运动,经纬度网络随着地球自转产生相对加速度。

下面是“算如流”给出的通俗解释。

首先要说明的是,地转偏向力向右是在北半球,在南半球则都向左,当然这些向右向左都是相对于前进方向来说的,下面说的都是北半球的情况。

1.除了北极和南极,所有纬度的角速度都是相同的。

从北向南飞行时,南部的圆圈较大,即南部的纬度越长,因此线速度较大。

因此,北部的小线速度明显低于南部的线速度,因此由于惯性,线速度向右偏移。

北方也是如此。

从快的地方到慢的地方,速度是“向前”的,前进方向向右偏移。

2.沿纬线向东西方向飞,这时候由于万有引力的方向指向地心,而纬圈转的方向指向的圆心并不是地心,所以由于这个角度,万有引力不能完全抵消你围着纬线的圆心转的那个离心力,所以一综合,也会往右偏。

3.赤道不受地转偏转力的影响,因为地球的中心正是纬度旋转圈的中心。

两者重合,重力可以抵消向外的力。

最后,北极和南极的偏转力最大。

george-gate的《定性分析地转偏向力》[1]一文从科里奥利力的角度分析得出:对于水平运动的物体,在北半球,其所受的地转偏向力指向运动方向的右手边,在南半球,地转偏向力指向运动方向的左手边;对于在竖直方向运动的物体,无论在哪个半球,若物体竖直向上运动,则地转偏向力指向正西方,若物体竖直向下运动,则地转偏向力指向正东方。

对于一个作一般运动的物体,可将其速度分解成竖直方向和水平方向两个分量,分别求出两分速度对应的地转偏向力后对两力求矢量和。

摘要:由于赤道上的地平面绕平行于该平面的轴旋转,空气相对于地平面的水平运动产生的地转偏转力位于垂直于地平面的平面上,因此只有垂直地转偏转力,不是水平地转偏转力。

科里奥利力

科里奥利力

应用
气体质量流量计

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。
应用
• 2 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,通过记录陀螺仪部件受到 的科里奥利力可以进行运动的测量与控制 。 • 陀螺仪实验
fcor 2mω v
F ma
fcor称为科里奥利力
2mω v mω (ω r)
式中F为科里奥利力;m为质点的质量;v'为相对于转 动参考系质点的运动速度(矢量);ω为旋转体系的角速度 (矢量);×表示两个向量的外积符号( v'×ω :大小等于 v*ω,方向满足右手螺旋定则)。
意义
1.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
旋转体系中质点的直线运动科里奥利力 是以牛顿力学为基础的。1835年,法国气象 学家科里奥利提出,为了描述旋转体系的运 动,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
性系中引入牛顿定律。
推导
相对于k’系做匀速运 动的点具有科里奥

地球偏向力

地球偏向力
亦称科氏力(科里奥利力),因为地球自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。 是常被引入的第3类惯性力,前两类为平动惯性力和惯性离心力,当物体相对做匀速圆周的参考系有速度时,引入此力,由于比较复杂,很少被讲到,所以经常被人遗忘,表达式为F=2v×ω(矢量式,×为叉积) 由于地球自转而产生作用于运动空气的力,称为地转偏向力,简称偏向力。它只在物体相对于地面有运动时才产生(实际不存在),只能改变(水平运动)物体运动的方向,不能改变物体运动的速率。地转偏向力可分解为水平地转偏向力和垂直地转偏向力两个分量。由于赤道上地平面绕着平行于该平面的轴旋转,空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与地平面垂直的平面内,故只有垂直地转偏向力,而无水平地转偏向力。由于极地地平面绕着垂直于该平面的轴旋转,空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与转动轴相垂直的同一水平面上,故只有水平地转偏向力,而无垂直地转偏向力。在赤道与极地之间的各纬度上,地平面绕着平行于地轴的轴旋转,轴与水平面有一定交角,既有绕平行于地平面旋转的分量,又有绕垂直于地平面旋转的分量,故既有垂直地转偏向力,也有水平地转偏向力。 原因简述如下:物体为保持水平惯性运动,经纬网因随地球自转而产生相对加速度。 简明推导 首先请明白: 1.物体的速度是有方向性的,圆周运动的物体在某一时刻的运动方向与圆周切线方向平行。 2.物体受到的万有引力是指向地心的,它可以分解成两个力,一是使物体保持与地球自转同步的离心力,另一个是重力。 画一个○,圆心表示地心,过圆心做垂直的两条虚线。一条表示地轴,,在圆圈的线上找一个点(最好是右上半边),在这个点上画一条虚线与地轴垂直,再画一条虚线与地轴平行。 我们来分析这一点的受力:向地心方向画一个力,这是万有引力,将这个力延刚才画的那两条虚线分解,其中一个是向心力,另一个是重力。 我们拿长江做一个例子: 当水静止时,一切正常。他与周围的物体相对静止。 长江相对于地球是自西向东流,地球自传也是自西向东转,因此在某一时刻,以长江上的某一点来说,水流的线速度大于该点的自转线速度。由于速度变大,如果想要保持原来的状态,该点需要受到更大的向心力,但此时万有引力没有变化,万有引力在与地轴垂直方向的分力也没有变化,该点由于受不到足够的向心力,所以会做离心运动,他的圆周运动的半径会变大。对于长江来说,圆周运动半径变大只有一个方法——向低纬度移动。这样从上空看,长江水向右偏了。 存在条件 非赤道地区对于地面拥有水平运动方向速度分量的物体 大小 f=2mvωsinφ(后附证明) m为物体质量 f为地转偏向力的大小 v为物体的水平运动速度分量 度的水平分量方向,北半球向右,南半球向左 地理意义 对于洋流,河流,风及其他具有水平运动的事物产生影响。 地转偏向力与生活 作者:姚清奎 文章来源:四川宜宾江安二中 点击数:1543 更新时间:2007-8-16 沿地表水平运动的物体在地转偏向力的作用下运动方向发生了偏移,使许多自然现象都受其影响,同时也影响着人类的生产和生活,请看下面五例:(以北半球为例) 一、水漩涡的形成。 当我们打开水龙头向塑料桶中注水时,当水库放水(放水口在水下)时,水槽放水时等,都会看到在水面形成漩涡。注水时呈顺时针旋转,放水时呈逆时针旋转。如下图: 图中虚线是表层水的原始流动方向,实线是水的实际流动方向。当向桶中注水时,水从注水点向四周流动,北半球在地转偏向力的作用下右偏,漩涡呈顺时针方向旋转。南半球则呈逆时针方向旋转。放水时表面水都流向下层出水点,北半球在地转偏向力的作用下右偏,漩涡呈逆时针方向旋转。南半球则呈顺时针方向旋转。 不过江河中的漩涡不一定符合这一规律,因为它还受到河床特征的影响。 二、车辆和行人靠右行。 不是所有的国家或地区的车辆和行人都靠右行,但靠右行是最为合理的。如下图: A图为靠左行,北半球车辆在地转偏向力的作用下右偏,都偏向道路中间,更容易与对面过来的车辆相撞,发生车祸的频率会更高。B图为靠右行,北半球车辆在地转偏向力的作用下右偏,都偏向路边,路边是司机开车注意力的集中点,司机会不断调整方向来保证行车安全。 车辆靠右行导致人也靠右行,这样更安全些。由于长期习惯,所以人们无论在哪里行走都喜欢右行。 三、左右鞋磨损程度不同。 这种现象现代人已经难看到,因为一双鞋穿的时间太短,表现不明显。我想40岁以上的人对这个现象还记忆犹新。如下图: 这是由于两只鞋的受力差异而形成的。在北半球,由于地转偏向力作用于右侧,所以人们常发现右鞋磨损比左鞋要多些;而南半球由于地转偏向力作用于左侧,所以左鞋磨损比右鞋要多些。 四、跑道上逆时针跑行。 在跑道上跑行,人们总喜欢沿逆时针方向。如下图: A人是逆时针方向跑,正好在弯道处。从图上可以看出,地转偏向力向外,身体倾斜产生一个向内的向心力,二力方向相反,更易平衡,过弯道处不易跌倒。B人是顺时针方向跑,也正好在弯道处。从图上可以看出,地转偏向力和身体倾斜产生一个向内的向心力方向相同,不易平衡,过弯道处易跌倒。 人类的发源地都在北半球,人们长期受地转偏向力的影响形成了这一习惯,所以哪怕到了南半球,人们还是习惯于这样的行为。 五、机械设备都是顺时针旋转。 我们所见到的电扇、电机、柴油机、水轮机等都是顺时针旋转。如下图: 从图上可以看出,在北半球顺时针旋转,地转偏向力指向轴心,有于物质的向心作用,使机械设备更耐用、更牢固。而逆时针旋转时地转偏向力指向外,有于物质的离心运动,机械设备易损坏,使用寿命缩短。

地转偏向力的原因

地转偏向力的原因

地转偏向力的原因是地球自转。

地转偏向力亦称科氏力,是以地球经纬网为参照系的力。

由于地球自转而产生作用于运动物体的力,称为地转偏向力,简称偏向力。

它只在物体相对于地面有运动时才产生,只能改变水平运动物体运动的方向,不能改变物体运动的速率。

在北半球,科里奥利力使风向右偏离其原始的路线;在南半球,这种力使风向左偏离。

风速越大,产生的偏离越大。

于是,在北半球,当空气向低压中心辐合时会向右弯曲,形成了一个逆时针方向的旋转气流。

从高压中心辐散出来的空气,则因为向右弯曲而形成了顺时针方向的旋风。

科里奥利效应

科里奥利效应

科里奥利力的有关现象摘要:生活中的一些小现象,只要善于探索,就能得到启发,甚至上升到理论,如科里奥利效应。

科里奥利力在我们的课本中没有出现,但是作为一个极其重要的物理现象,我们有必要了解科里奥利力在生活中的一些现象,以此来丰富我们对自然的认识。

本文着重从生活中的现象入手,简单解释了科里奥利效应产生的原因,并列举了常见的科里奥利现象。

希望对大家有所帮助。

正文:首先从一个老师上课讲过的小例子说起。

生活中如果你从桥的一头走到另一头,或者在直线行驶的汽车内从车尾走到车头,你将不会有任何困难。

但是,如果你在一个不同部分以不同的速度运动的物体上行走时,那么,情况就大不一样了:假定有一个旋转台或者任何一个绕其中心旋转的平台,整个平台的整体在旋转。

很显然,我们知道越靠近圆心,线速度越小;越靠近边缘,线速度越大。

我们回到老师举得例子:假定你站在中心附近的那个点上,想要直接从中心出发的一条直线上走向靠近外缘的那个点。

在中心附近的出发点上,你取得了该点的速度,缓慢地运动。

当你向外走时,惯性效应使你保持缓慢运动,不过,当你越往外走的时候,你脚下的台面转动得越快:你本身的慢速和台面的快速的结合,使你觉得你在被推向与旋转运动相反的那个方向去。

如果旋转台是在反时针方向转动,你就会发现,当你向外走时,你的路线越来越明显地顺时针方向弯曲。

反之,如果你从靠近外缘的一点出发向内行进,你就会保持着出发点的快速运动,但你脚下的台面运动得越来越慢。

因此,你会觉得你在旋转方向上被越推越远。

如果旋转台是反时针方向运动,那么,你的路线会再次越来越明显地顺时针方向弯曲。

科学家甚至做过一个小实验:如果你从靠近中心的一点出发,向靠近外缘的一点走去,然后回头向靠近中心的一点走去,而且沿着阻力最小的路径前进,你就会发现,你走的路径大体上是一个圆形。

法国物理学家科里奥利于1835年第一次详细地研究了这种现象,因此这种现象称为“科里奥利效应”。

有时也把它称为“科里奥利力”,但它并不真是一种力,它只不过是惯性的一种作用效果。

地转偏向力的证明过程及其特征

地转偏向力的证明过程及其特征

地转偏向力的证明过程及其特征
地转偏向力(也称为科里奥利力)是地球自转引起的一种表现,它会使运动物体在地球表面上发生偏转,具有以下特征。

1. 证明过程:
a. 考虑一个物体在地球上自北向南的自由运动。

由于地球的自转,地球表面上的一点向东移动的速度比静止的点要快。

因此,当物体向南移动时,它的东速度相对于地球表面上的点会大于其西速度。

b. 根据牛顿第一定律,物体会保持其原有的速度和方向,除非存在着一个外力。

当物体移动时,地球表面上的东速度比其西速度大,导致物体所受到的地球表面的阻力较大。

这个阻力会使物体偏向西侧。

2. 特征:
a. 偏向的方向:地转偏向力的方向垂直于运动物体的速度和地球自转平面。

在北半球,物体向南移动时会偏向西侧;在南半球,物体向北移动时会偏向东侧。

b. 直接与速度有关:地转偏向力与物体的速度成正比。

速度越大,偏向力越大;速度越小,偏向力越小。

c. 直接与纬度有关:地转偏向力与物体所处位置的纬度有关。

在赤道附近,偏向力最小;向极地靠近,偏向力增大。

d. 不具有恢复性:一旦物体离开其原来的路径,地转偏向力不会将其重新引导回来。

这是因为地转偏向力是一个不可逆的力,只能导致物体一直偏离其原来的路径。

总结起来,地转偏向力是地球自转引起的一种现象,它使运动物体在地球表面上发生偏转。

地转偏向力的方向垂直于物体的速度和地球自转平面,与速度和纬度有关,但不具有恢复性。

这个现象是地球旋转的重要结果,对于气象、海洋和航空等方面有着重要的影响。

地球上的科里奥利力是怎么回事

地球上的科里奥利力是怎么回事

地球上的科里奥利力是怎么回事地球上的科里奥利力是怎么回事科里奥利力简称为科氏力,是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。

科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性。

旋转体系中质点的直线运动科里奥利力是以牛顿力学为基础的。

1835年,法国气象学家科里奥利提出,为了描述旋转体系的运动,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。

(本回答内容来自百度搜索『本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作专案稽核』)科里奥利力地理题正确。

科里奥利力的计算公式如下:F=-2mv×ω式中F为科里奥利力;m为质点的质量;v为质点的运动速度;ω为旋转体系的角速度;×表示两个向量的外积符号。

根据此公式,赤道角速度最小,两极角速度最大,所以科里奥利力在赤道处最小,在两极处最大。

科里奥利力公式应该是F=-2mv×ω吧。

在这是的“-”应该是定的方向和你定的不同而已。

但是你上面的两个不是一样的吗,要真说不同,那也应该是F=2m(v*w)比较合适,因为mv是一体的啊。

哦原来你说的是这意思啊,不好意思。

应该是F=2m(w*v)的,这个在百科那里有的:1)外积的反对称性:a ×b = - b × a.在这里::baike.baidu./view/981992.?wtp=tt地球自转偏向力是科里奥利力吗当物体相对与地球表面运动时会受到一个叫地转偏向力的力的影响而改变方向,但地转偏向力并不是一个真正的力,而是一种惯性力。

地转偏向力对航天,航空来说是一种不可忽视的力,地转偏向力在极地最显著,向赤道方向逐渐减弱直到消失在赤道处,而且在日常生活中地转偏向力很小,是忽略不计的。

科里奥利力与地转偏向力

科里奥利力与地转偏向力

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。

二、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.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力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点到 B 点地面上各自转线速度( 沿纬线方向速度)逐渐增大, 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 = mw^2r (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 = mw^2r , 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 = 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∅ , 不难看出, 其中的水平分量△f*c sin ∅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)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。

地转偏向力

地转偏向力

地转偏向力地转偏向力水平地转偏向力亦称地偏力,因为地球自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。

地转偏向是科氏力(科里奥利力)在沿地球表面方向的一个分力。

是常被引入的第3类惯性力,前两类为平动惯性力和惯性离心力,当物体相对做匀速圆周的参考系有速度时,引入此力,由于比较复杂,很少被讲到,所以经常被人遗忘,表达式为f=2mvωsinφ由于地球自转而产生作用于运动物体的力,称为地转偏向力,简称偏向力。

它只在物体相对于地面有运动时才产生(实际不存在),只能改变水平运动物体运动的方向,不能改变物体运动的速率。

地转偏向力可分解为水平地转偏向力和垂直地转偏向力两个分量。

由于赤道上地平面绕着平行于该平面的轴旋转,地转偏向力空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与地平面垂直的平面内,故只有垂直地转偏向力,而无水平地转偏向力。

由于极地地平面绕着垂直于该平面的轴旋转,空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与转动轴相垂直的同一水平面上,故只有水平地转偏向力,而无垂直地转偏向力。

在赤道与极地之间的各纬度上,地平面绕着平行于地轴的轴旋转,轴与水平面有一定交角,既有绕平行于地平面旋转的分量,又有绕垂直于地平面旋转的分量,故既有垂直地转偏向力,也有水平地转偏向力。

产生原因原因简述如下:物体为保持水平惯性运动,经纬网因随地球自转而产生相对加速度。

下面是“算如流”给出的通俗解释地转偏向力。

首先要说明的是,地转偏向力向右是在北半球,在南半球则都向左,当然这些向右向左都是相对于前进方向来说的,下面说的都是北半球的情况。

1.由于除南北两极外,各纬度的角速度都一样,从北向南飞的时候,南边的圈大,即越向南纬线越长,所以线速度大,所以在北边的时候具有的一个小的线速度与南边的线速度相比就显的慢了,所以其就由于惯性表现出往右偏。

向北也一样,由快的地方到慢的地方,速度“超前”了,前进方向上也就向右偏了。

2.沿纬线向东西方向飞,这时候由于万有引力的方向指向地心,而纬圈转的方向指向的圆心并不是地心,你可以好好想想,所以由于这个角度,万有引力不能完全抵消你围着纬线的圆心转的那个离心力,所以一综合,也会往右偏。

科里奥利力与地转偏向力

科里奥利力与地转偏向力

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。

二、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.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力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 点到B 点地面上各自转线速度( 沿纬线方向速度)逐渐增大, 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 = mw^2r (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 = mw^2r , 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 = 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, 不难看出, 其中的水平分量△f*c sin 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)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。

《地转偏向力》 知识清单

《地转偏向力》 知识清单

《地转偏向力》知识清单一、什么是地转偏向力地转偏向力,也称为科里奥利力,是由于地球自转所产生的一种惯性力。

简单来说,就是当物体在地球上运动时,会受到一种似乎“偏向”一侧的力的影响。

为了更好地理解地转偏向力,我们可以想象一个在地球表面上水平运动的物体。

如果地球不自转,这个物体将沿着直线运动。

但由于地球在自西向东自转,物体的运动轨迹就会发生偏转。

在北半球,物体运动时会向右偏转;而在南半球,物体运动时则会向左偏转。

赤道上,地转偏向力几乎为零。

二、地转偏向力的产生原理地球的自转是地转偏向力产生的根本原因。

地球自转使得不同纬度的地方线速度不同。

赤道地区的线速度最大,而随着纬度的增加,线速度逐渐减小。

当物体从一个线速度较大的区域运动到线速度较小的区域时,由于惯性,它会保持原来较大的线速度,从而相对向右偏转(在北半球);反之,当物体从线速度较小的区域运动到线速度较大的区域时,它会相对向左偏转(在北半球)。

三、地转偏向力的影响1、大气环流地转偏向力对大气环流有着重要的影响。

在北半球,大气流动向右偏转,形成了一系列的环流系统,如西风带、极地东风带等。

这些环流系统对全球的气候分布产生了深远的影响。

2、洋流洋流的运动也受到地转偏向力的作用。

例如,在北半球的大洋中,洋流会向右偏转,形成顺时针方向的环流;而在南半球,则形成逆时针方向的环流。

3、河流在一些较大的河流中,地转偏向力也会产生影响。

河流的一侧受到的冲刷作用较强,另一侧则相对较弱,从而导致河岸的侵蚀和堆积情况不同。

4、铁路轨道磨损在一些铁路线路较长的地区,由于地转偏向力的影响,铁轨的一侧磨损程度可能会比另一侧更严重。

四、地转偏向力的大小地转偏向力的大小与物体的运动速度、所处的纬度以及运动时间等因素有关。

运动速度越快,地转偏向力的作用越明显;纬度越高,地转偏向力也越大;运动时间越长,地转偏向力造成的偏转效果越显著。

其计算公式为:F =2mωv sinφ其中,F 表示地转偏向力,m 为物体质量,ω 为地球自转角速度,v 为物体运动速度,φ 为当地纬度。

_地转偏向力_与_科里奥利力_

_地转偏向力_与_科里奥利力_
所以总的来说, 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.
( 作者单位: 北京师范大学附属中学)
第三届全国中 学生数理化学科能力展示活动
试题征集进行中
由中国青少 年发 展服 务中 心和 全国/ 青少 年走 进科 学世 界0 科普活动指导委员会办公 室共同 举办的 第三届/ 全 国中学 生数理化学科能力展示活 动0 初赛准 备工作 已经开 始, 初赛拟 定在 2010 年 12 月举行. 该项赛 事由北 京师范 大学5 高中 数理 化6 杂志承办. 为进一步 扩大影 响, 秉 承落实 新课改 精神, 提倡 研究型学习, 鼓励创新与实践 的比赛 理念, 促进 全国各 地数理 化教育工作者相互交流 学习, 使命 题方向有 更广泛 的代表 性, 组委会决定面向全国数 理化专 家、教 师、学生征 集本次 大赛部 分赛题.
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
在非惯性系中, 牛顿第二定律是不成立的. 如果 盘上沿径向运动的情况是同一类型. 这种情况下物体
要在非惯性系中继续应用牛顿第二定律来研究问题, 所受的惯性力是科里奥利力. 这种情况下的/ 地转偏
则需要人为引入惯性力. 离心惯性力、科里 奥利力都 是惯性力.
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图 2 北半球沿经线运动 物体偏转方向分析
位置. 反过来, 如果物体 沿经线由 B 点向 A 点运动,
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初中地理知识点归纳:地转偏向力成因

初中地理知识点归纳:地转偏向力成因

初中地理知识点归纳:地转偏向力成因水平地转偏向力亦称地偏力,因为地球自转而产生的以地球经纬网为参照系的力。

地转偏向是科氏力(科里奥利力)在沿地球表面方向的一个分力。

原因简述如下:物体为保持水平惯性运动,经纬网因随地球自转而产生相对加速度。

下面是算如流给出的通俗解释。

首先要说明的是,地转偏向力向右是在北半球,在南半球则都向左,当然这些向右向左都是相对于前进方向来说的,下面说的都是北半球的情况。

1.由于除南北两极外,各纬度的角速度都一样,从北向南飞的时候,南边的圈大,即越向南纬线越长,所以线速度大,所以在北边的时候具有的一个小的线速度与南边的线速度相比就显的慢了,所以其就由于惯性表现出往右偏。

向北也一样,由快的地方到慢的地方,速度超前了,前进方向上也就向右偏了。

2.沿纬线向东西方向飞,这时候由于万有引力的方向指向地心,而纬圈转的方向指向的圆心并不是地心,所以由于这个角度,万有引力不能完全抵消你围着纬线的圆心转的那个离心力,所以一综合,也会往右偏。

3.赤道不受地转偏向力正是因为地心正好就是纬圈旋转的圆心,二者重合了,正好重力可以抵消掉向外的力。

最后,南北两极地转偏向力最大。

George-Gate的《定性分析地转偏向力》[1]一文从科里奥利力的角度分析得出:对于水平运动的物体,在北半球,其所受的地转偏向力指向运动方向的右手边,在南半球,地转偏向力指向运动方向的左手边;对于在竖直方向运动的物体,无论在哪个半球,若物体竖直向上运动,则地转偏向力指向正西方,若物体竖直向下运动,则地转偏向力指向正东方。

对于一个作一般运动的物体,可将其速度分解成竖直方向和水平方向两个分量,分别求出两分速度对应的地转偏向力后对两力求矢量和。

总结:由于赤道上地平面绕着平行于该平面的轴旋转,空气相对于地平面作水平运动产生的地转偏向力位于与地平面垂直的平面内,故只有垂直地转偏向力,而无水平地转偏向力。

科里奥利力和地球偏转力

科里奥利力和地球偏转力

科里奥利力和地球偏转力
科里奥利力是一种地球表面引起的非常微弱的受体作用力,它是由地球每日旋转和每年公转产生的。

这种力可以有效地影响物体的运动,使物体向强度最小的方向移动。

科里奥利力是由地球每日旋转和每年公转产生的,地球每日旋转一周,每年绕太阳公转一周,所以地球的表面会受到引力的影响,产生科里奥利力。

科里奥利力受到地球每日旋转和每年公转的影响,而地球偏转力也是如此。

地球偏转力是由地球每日旋转和每年公转而产生的,但与科里奥利力不同的是,它是由地球每年公转而产生的,因此它只会在每年公转开始时出现。

地球偏转力是由地球每年公转而产生的,由于地球每年公转一周,公转过程中会产生慢性的旋转,从而导致地球的轴心偏转。

科里奥利力和地球偏转力之间的区别在于,前者是由地球每日旋转和每年公转而产生的,而后者只是由地球每年公转而产生的。

科里奥利力是每日旋转和每年公转的结果,可以改变物体的运动方向,比如物体会向强度最小的方向移动,而地球偏转力则是由地球每年公转而产生的,是慢性的旋转,导致地球轴心偏转。

总而言之,科里奥利力是由地球每日旋转和每年公转产生的,可以改变物体的运动方向,而地球偏转力是由地球每年公转而产生的,是慢性的旋转,导致地球轴心偏转。

科里奥利力和地球偏转力在物理学上都有重要意义,它们都可以影响物体的运动。

地转偏向力和科里奥利力的关系

地转偏向力和科里奥利力的关系

地转偏向力和科里奥利力的关系好啦,今天咱们聊聊地转偏向力和科里奥利力。

听到这俩名字,可能很多人都想“哎呀,这听起来一大堆复杂的物理词汇”,但其实这些东西离我们生活并不远。

你想想,地球不就是个大大球体,咱们每个人都在上面转圈圈吗?那转圈的过程中,咱们的运动方式会受到一些“隐形力量”的影响,这些力量虽然看不见摸不着,但却真真切切存在,跟咱们的生活息息相关。

你肯定好奇了,这些力量是什么?嘿嘿,科里奥利力就是其中之一。

它可不是啥恶心的“鬼怪”,而是地球转动引发的一个非常有意思的效应。

地球自转嘛,就像你玩陀螺一样,转来转去,不停地旋转。

地球上的每一点都在转,但不同纬度的地方,转的速度却不一样。

赤道上的人转得快,往两极走,转得慢。

所以,如果你从赤道向北走,假如你正好朝北走直线,理应笔直前进对吧?但是,嘿,实际上你会发现,你走的并不是一条直线,而是会偏向东边或西边。

这就是科里奥利力“搞的鬼”——它让原本直线的运动,偏了个方向。

好啦,科里奥利力就是这么一回事,听起来是不是有点神奇?但是,这只是地转偏向力的一个表现。

你可能会想,科里奥利力跟地转偏向力到底啥关系?咋看起来好像都在搞“偏离”呢?嗯,科里奥利力就是地转偏向力在某些情况下的一个具体体现。

你想啊,地球转嘛,地转偏向力就是因为地球转动而产生的力,科里奥利力就是这个力在物体运动中引发的偏向。

所以,简单来说,它们俩根本是一对“亲兄弟”,一个是概念,一个是现象。

听着简单了吧?那为什么地转偏向力和科里奥利力都能影响到我们呢?你可千万别小看它们,它们可不仅仅影响咱们身边的天气,还能影响飞机飞行、海洋洋流这些大事。

比方说,飞机飞行的时候,如果你从A地飞往B地,假设你要飞得比较远,地球的自转就会影响到你的飞行轨迹。

飞机飞行员通常得考虑到这些力的影响,不然飞行的方向可能会被“带偏”,你原本直线飞行,最后可能偏了个角度,打乱航程,增加飞行时间,甚至发生一些飞行事故。

所以,科里奥利力可不是个“玩笑”,它可真能影响到很多事情呢。

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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。

二、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.
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 点到B 点地面上各自转线速度( 沿纬线方向速度)
逐渐增大, 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 = mw^2r (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 = mw^2r , 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 = 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∅, 不难看出, 其中的水平分量△f*c sin ∅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
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)
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30°N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,从副热带高气压向北流的一支气流,在地转偏向力的作用下逐渐右偏成西南风即盛行西风。

从极地高气压带向南流的气流(北风)在地转偏向力影响
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60°N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。


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生偏转,从而形成旋转的气流,这种旋转在北半球沿着逆时针方向而在南半球沿着顺时针方向,由于旋转的作用,低气压中心得以长时间保持。

3. 在北半球,河流冲刷右岸,洋流右偏,台风路径的偏向西北,人造卫星起飞的西偏,火车右轨耗损大。

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