3EWATER中的科里奥利力的计算方法

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速度与角速度的方向满足右手定则。
3. 3EWATER 中计算科里奥利力的方法
如果我们把地球看做一个旋转系,那么在地球上沿着非地球自转方向运动的物体,例如 气流、海洋、河流、飞行物等,都要受到科里奥利力的影响,这时,科里奥利力又被称作地 转偏向力。 地转偏向力有助于解释一些地理现象,例如,河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害; 北半球的大气流动会向右偏转, 南半球的大气流动会向左偏转; 北半球的台风永远是逆时针 旋转,南半球的台风是顺时针旋转等。 利用纬度计算科里奥利力的公式如下: 其中, F 是科里奥利力, v 是物体运动的速度, 是地球自转的角速度, 是物体所在 的位置的纬度。 在 3EWATER 中,软件可以根据网格来读取中心点位置的纬度信息,从而自动计算科氏 力,中心点的位置由研究区域的中心来决定。如下图所示:
F 2mv sin
图 2 3EWATER 中加载网格的界面
在 3EWATER 中选择设置网格,加载网格后,无需用户手动输入模拟区域的纬度,软件 会自动将网格中的墨卡托坐标转化为经纬度坐标,并读取纬度信息。在进行计算时,自动考 虑该纬度下的科氏力对河流运动的影响。 详情请咨询北京三易思创科技有限公司 3EWATER 软件产品咨询工程师, 三易思创诚邀 与您的合作!
3EWATER 中的科里奥利力的计算方法
1. 什么是科里奥利力
科里奥利力(Coriolis force) ,简称为科氏力,是由法国气象学家科里奥利首先提出的, 描述了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。 当物体在惯性系中作惯性运动的物体,从旋转体系来看,其运动受到一个假想的力的约 束,这个力就被称作科里奥利力。从物理学的角度来看,科里奥利力不是真实的力,而是惯 性作用在非惯性系内的体现。 引入科里奥利力后, 可以很好地简化旋转惯性系中的运动方程, 因此它的应用很广泛。
2. 科里奥利力的数学推导
我们来推导一个特例情况下的科里奥利力,并给出一般表达式。 如下图所示,质点 m 在转动参考系 S’中,沿一光滑圆形凹槽运动,速度为 v’。圆盘转 动的角速度为ω 。
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图1
则在惯性系 S(以地面为参考系) :
v ' r F m
r
在非惯性系 S’(以圆盘为参考系) :
2
v '2 m 2mv ' mr 2 r
v '2 r
a' m
那么在非惯性系 S’中,质点好像受到
F m
v '2 2mv ' mr 2 r
这两个假想力的作用,其中, mr 2 是离心力, 2mv ' 就是科里奥利力了。
对此,我们给出科氏力的一般表达式如下:
F 2mv 2mv sin 其中, 是旋转体的角速度, v 是物体运动的速度, 是速度与角速度的夹角。方向与
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