科里奥利力影响及应用

科里奥利力影响及应用

1、科里奥利力产生的影响

●卡皮罗现象

20 世纪 40 年代科学家卡皮罗在每次实验后，把污水倒入水槽时发现在漏水

口处形成的旋涡总按固定的方向旋转，这个现象引起了他的注意。于是在水流下时

他故意用手指向相反方向搅动，但手离开后旋涡又恢复原来的旋转方向。这是否与

漏水口的形状有关?于是他做了许多不同形状的漏水口，但试验结果总是相同。他

对此困惑不解，于是他到世界各地去做同样的试验，使他大为惊奇的是在南半球水

流旋涡的方向与北半球刚好相反，在北半球是逆时针的而在南半球是顺时针的，

在赤道附近两种情况几乎各有一半。卡皮罗喜出望外，他终于找到了结论，旋涡

的方向与在地球上所处位臵有关。后来人们把这种现象称为卡皮罗现象。

卡皮罗现象是地球在自转过程中由于惯性引起的一种所谓科里奥利力造成的。

在北半球这个偏向力是向右的，它会使得水在向下流时形成逆时针方向的旋涡。在

南半球则刚好相反为顺时针方向。在自然界里卡皮罗现象的另一形式是龙卷风。

●大气环流

大气运动的能量来源于太阳辐射，气压梯度力是大气运动的源动力。全球共有赤道低压带，南、北半球纬度 30°附近的副热带高压带，南、北半球纬度 60°附

近的副极地低压带，南、北半球的极地高压带等七个气压带。气压带之间在气压梯

度力和地转偏向力的作用下形成了低纬环流圈、中纬环流圈和高纬环流圈。由于受

地转偏向力的作用，南北向的气流却发生了东西向的偏转。北半球地面附近自北向

南的气流，有朝西的偏向。在气压带之间形成了六个风带，即南、北半球的低纬信

风带，南、北半球的中纬西风带，南、北半球的极地东风带。

●傅科摆

傅科摆是科里奥利力在摆动中的表现. 在北半球安置的傅科摆, 在每次摆动时均偏右, 致使摆动平面沿顺时针方向转动. 在南半球安置的傅科摆, 在每次摆

动时均偏左, 致使摆动平面沿逆时针方向转动。

●对分子光谱的影响

科里奥利力会对分子的振动转动光谱产生影响。分子的振动可以看作质点的直线运动，分子整体的转动会对振动产生影响，从而使得原本相互独立的振动和转动

之间产生耦合，另外由于科里奥利力的存在，原本相互独立的振动模之间也会发生

能量的沟通，这种能量的沟通会对分子的红外光谱和拉曼光谱行为产生影响。

●气旋和反气旋

气旋与反气旋是大气中最常见的运动形式，也是影响天气变化的重要天气系统。

在气压梯度力和地转偏向力的共同作用下，大气并不是径直对准低气压中心流动，

也不是沿辐射方向从高气压中心流出。低气压的气流在北半球向右偏转成按逆时

针方向流动的大旋涡，在南半球向左转成按顺时针方向流动的大旋涡，大气的这种

流动很象江河海流中水的旋涡，所以又叫气旋。夏秋季节，在我国东南沿海经常出

现的台风，就是热带气旋强烈发展的一种形式。高气压的气流在北半球按顺时针方

向旋转流出，在南北半球按逆时针方向旋转流出，高气压的这种环流系统叫反气旋。

2、科里奥利力的应用

●科氏质量流量计

是一种用于直接测量质量流量的流量计,它在原理上消除了温度、压力、流体状态、密度等参数的变化对测量精度的影响,可以适应气体、液体、两相流、高黏

度流体和糊状介质的测量,是一种高精度的适应范围很广的测量方法,只是科氏质

量流量计的精度要随纬度变化面调整.它还具有压力损失小,自排空,保持清洁等众

多特点,是流量测量的发展方向之一.

科氏质量流量计的原理,实质是利用一个弹性体的共振特性:对有流体流动和无流体流动的振动金属管元件,测定其动态响应特性,求出此谐振系统的相位差与

质量流量之间的关系.而有流体流动的金属管元件谐振的动态响应特性,与无流体

流动的金属管的动态响应特性之间的差别是由于科氏效应起的.所谓科氏效应,是

指当质点在一个转动参考系内作相对运动时,会产生一种不同于通常离心力的惯性

力作用在此质点上.其大小与方向可用2mv∀ 来表示,利用上述原理的弹性元件构

成的流量计就称为科氏质量流量计.

●陀螺仪

陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。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。