Кориолисов ефекат

Из Википедије, слободне енциклопедије
У свом координатном систему (горњи део слике), црни објекат се креће по правој линији, и посматрач из стационарног координатног система то види. Посматрач (црвена тачка) који стоји у истом координатном систему који ротира, као и црни објекат (доњи део слике) види да објекат следи закривљену путању.

Кориолисов ефекат је појава закривљења праволинијске путање објекта који се креће у ротирајућем координатном систему. Ефекат је добио име по Гаспару-Густаву Кориолису, Француском научнику, који је појаву описао 1835. године, математички обрађујући једначину плимног таласа научника Лапласа из 1778. Један од видљивих примера је скретање ветра у десно на Северној хемисфери и лево на Јужној хемисфери. Овај ефекат је последица ротације Земље и узрок је правца ротације циклона. Последица такве појаве је да ветрови који на северној хемисфери скрећу у десно, стварају циклоне који се крећу око центра ротације супротно кретању казаљке на сату. На Јужној хемисфери ветрови скрећу у лево и стварају циклоне који се крећу око центра ротације у правцу казаљке на сату.

Кориолисов ефекат је узрокован Кориолисовом силом, која се јавља у једначинама кретања у ротирајућем координатном систему. Понекад ову силу зову и привидна сила (или псеудо сила), зато што се не манифестије када се посматра кретање унутар координатног система. Без обзира на одабрани модел координатног система, кретање је увек исто. Унутар координатног система, стварна сила деловања, заједно са унутрашњом силом, је довољна да објасни кретање. У ротирајућем координатном Кориолисова сила и центрифугална сила су потребне у једначини да би се описало кретање.

Супротно увреженом мишљењу, Кориолисов ефекат није најодговорнији за правац ротације воде у кади, тоалету и сливнику (погледај наредне пасусе овог чланка).

Формула[уреди]

Формула Кориолисовог убрзања гласи :

\vec a_C = -2 \, \vec \omega \times \vec v

где је (у једначини изнад и испод) \vec v брзина елемената ротирајућег координатног система, и \vec \omega вектора угаоне брзине (чији је интензитет једнак учесталости ротације и паралелан са осом ротације) у ротирајућем координатном систему. Једначину можемо помножити са масом посматраног објекта, и за производ добијамо јачину Кориолисове силе

\vec F_C = -2 \, m \, \vec \omega \times \vec v.

Види привидну силу за варијације.


Аспекти Кориолисовог ефекта[уреди]

Разлагање вектора гравитационе силе на Земљи

Земља ротира, што је чини спљоштеном на половима. Вектор који представља праву гравитацију може се разложити на компоненту која је нормална на површину и на компоненту нормалну на осу ротације Земље. Компонента стварне гравитације делује нормално на Земљину осу остварујући силу која држи објекте на истој грографској ширини.

Теоретски у случају савршено округлог небеског тела које ротира, сва вода и ваздух би се скупљала на екватору.

Свака компонента праве гравитационе силе има различито деловање : ефекат нормално на површину је компонента која објекте држи чврсто на површини; ефекат нормално на земљину осу је компонента која све објекте доводи у стање мировања у односу на Земљу на истој географској дужини, а када не би постојала сви објекти би „клизали“ према екватору.

Пражњење када и тоалета[уреди]

Уврежено је мишљење да је Кориолисов ефекат одговоран за смер окретања воде која истиче из каде. Према овоме се вода увек окреће на једну страну на северној хемисфери а супротан смер има на јужној хемисфери. Ово је добило размере урбане легенде па је чак поменуто у једној епизоди цртане серије Симпсонови и у једној епизоди Досије икс серијала.[1] Поред овога неколико научних емисија па и књига (укључујући више књига које обрађују проблем на нивоу факултетског познавања физике) су навеле ову нетачну тврдњу.[2]

Многи који су погрешно схватили начин деловања и размере величине Кориолисове силе тврде да се вода на северној хемисфери окреће у смеру казаљке на сату, а на јужној у супротно од кретања казаљке. Наравно, ово такође значи да вода из каде на екватору отиче без кружног кретања у сливнику. Ово су управо супротни смерови од оних који би требало да буду последица деловања Кориолисове силе. Додатно, Кориолисова сила је неколико редова величина мања од разних променљивих фактора који утичу на брзину и кретање млаза приликом истицања воде. Првенствено је битна геометрија каде, тоалета, одвода и цеви као и геометрија тока воде кад се првобитно пусти да тече. На пример, претпоставимо каду у којој је вода дубине 60 cm и потиче отицање смањивањем нивоа за 3 cm, што даје градијент притиска од 500 N/m3. Нека млаз из каде истиче брзином од 50 цм/с. На географској ширини 45 степени ово даје пораст Кориолисовог убрзања за 0.05 N/m3, што је око 0,01 % од градијента притиска.

Већина тоалета пушта воду само у једном правцу.[3] Уколико би се намерно пустила вода да у првом моменту крене у другу страну, она би наставила и даље тако да отиче.[4]

Земља се окрене за један дан, док кади треба минут да се испразни (тоалету за неколико секунди). Када се вода пусти да тече, брзина вртложења се повећава у зависности од удаљености од одвода због очувања угаоног момента (разлог зашто клизач скупља руке да би се брже окретао). Као што је приказано у образовном видео материјалу који је снимио Ашер Шапиро 1961. године,[5] ово може открити ефекте Кориолисове силе на смер вртложења, али под контролисаним лабораторијским условима.

Литература[уреди]

Физика и метеорологија[уреди]

Историја[уреди]

  • Grattan-Guinness, I., Ed., 1994: Companion Encyclopedia of the History and Philosophy of the Mathematical Sciences. Vols. I and II. Routledge, 1840 pp.
    1997: The Fontana History of the Mathematical Sciences. Fontana, 817 pp. 710 pp.
  • Khrgian, A., 1970: Meteorology—A Historical Survey. Vol. 1. Keter Press, 387 pp.
  • Kuhn, T. S., 1977: Energy conservation as an example of simultaneous discovery. The Essential Tension, Selected Studies in Scientific Tradition and Change, University of Chicago Press, 66–104.
  • Kutzbach, G., 1979: The Thermal Theory of Cyclones. A History of Meteorological Thought in the Nineteenth Century. Amer. Meteor. Soc., 254 pp.

Референце[уреди]

  1. ^ „Science on the Simpsons“ Приступљено 16. 6. 2011.. 
  2. ^ [http://www.ems.psu.edu/~fraser/Bad/BadCoriolis.html „Bad Coriolis: The water in a sink (or toilet) rotates one way as it drains in the northern hemisphere and the other way in the southern hemisphere. Called the Coriolis Effect, it is caused by the rotation of the Earth.“] Приступљено 16. 6. 2011.. 
  3. ^ „Does the coriolis force cause draining water to spin in opposite directions in the northern and southern“ Приступљено 16. 6. 2011.. 
  4. ^ „snopes.com: Coriolis Force Effect on Drains“ Приступљено 16. 6. 2011.. 
  5. ^ „Hatsopoulos Microfluids Laboratory“ Приступљено 16. 6. 2011.. 

Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Кориолисов ефекат