Koriolisov efekat

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
U svom koordinatnom sistemu (gornji deo slike), crni objekat se kreće po pravoj liniji, i posmatrač iz stacionarnog koordinatnog sistema to vidi. Posmatrač (crvena tačka) koji stoji u istom koordinatnom sistemu koji rotira, kao i crni objekat (donji deo slike) vidi da objekat sledi zakrivljenu putanju.

Koriolisov efekat je pojava zakrivljenja pravolinijske putanje objekta koji se kreće u rotirajućem koordinatnom sistemu. Efekat je dobio ime po Gasparu-Gustavu Koriolisu, Francuskom naučniku, koji je pojavu opisao 1835. godine, matematički obrađujući jednačinu plimnog talasa naučnika Laplasa iz 1778. Jedan od vidljivih primera je skretanje vetra u desno na Severnoj hemisferi i levo na Južnoj hemisferi. Ovaj efekat je posledica rotacije Zemlje i uzrok je pravca rotacije ciklona. Posledica takve pojave je da vetrovi koji na severnoj hemisferi skreću u desno, stvaraju ciklone koji se kreću oko centra rotacije suprotno kretanju kazaljke na satu. Na Južnoj hemisferi vetrovi skreću u levo i stvaraju ciklone koji se kreću oko centra rotacije u pravcu kazaljke na satu.

Koriolisov efekat je uzrokovan Koriolisovom silom, koja se javlja u jednačinama kretanja u rotirajućem koordinatnom sistemu. Ponekad ovu silu zovu i prividna sila (ili pseudo sila), zato što se ne manifestije kada se posmatra kretanje unutar koordinatnog sistema. Bez obzira na odabrani model koordinatnog sistema, kretanje je uvek isto. Unutar koordinatnog sistema, stvarna sila delovanja, zajedno sa unutrašnjom silom, je dovoljna da objasni kretanje. U rotirajućem koordinatnom Koriolisova sila i centrifugalna sila su potrebne u jednačini da bi se opisalo kretanje.

Suprotno uvreženom mišljenju, Koriolisov efekat nije najodgovorniji za pravac rotacije vode u kadi, toaletu i slivniku (pogledaj naredne pasuse ovog članka).

Formula[uredi]

Formula Koriolisovog ubrzanja glasi :

gde je (u jednačini iznad i ispod) brzina elemenata rotirajućeg koordinatnog sistema, i vektora ugaone brzine (čiji je intenzitet jednak učestalosti rotacije i paralelan sa osom rotacije) u rotirajućem koordinatnom sistemu. Jednačinu možemo pomnožiti sa masom posmatranog objekta, i za proizvod dobijamo jačinu Koriolisove sile

.

Vidi prividnu silu za varijacije.


Aspekti Koriolisovog efekta[uredi]

Razlaganje vektora gravitacione sile na Zemlji

Zemlja rotira, što je čini spljoštenom na polovima. Vektor koji predstavlja pravu gravitaciju može se razložiti na komponentu koja je normalna na površinu i na komponentu normalnu na osu rotacije Zemlje. Komponenta stvarne gravitacije deluje normalno na Zemljinu osu ostvarujući silu koja drži objekte na istoj grografskoj širini.

Teoretski u slučaju savršeno okruglog nebeskog tela koje rotira, sva voda i vazduh bi se skupljala na ekvatoru.

Svaka komponenta prave gravitacione sile ima različito delovanje : efekat normalno na površinu je komponenta koja objekte drži čvrsto na površini; efekat normalno na zemljinu osu je komponenta koja sve objekte dovodi u stanje mirovanja u odnosu na Zemlju na istoj geografskoj dužini, a kada ne bi postojala svi objekti bi „klizali“ prema ekvatoru.

Pražnjenje kada i toaleta[uredi]

Uvreženo je mišljenje da je Koriolisov efekat odgovoran za smer okretanja vode koja ističe iz kade. Prema ovome se voda uvek okreće na jednu stranu na severnoj hemisferi a suprotan smer ima na južnoj hemisferi. Ovo je dobilo razmere urbane legende pa je čak pomenuto u jednoj epizodi crtane serije Simpsonovi i u jednoj epizodi Dosije iks serijala.[1] Pored ovoga nekoliko naučnih emisija pa i knjiga (uključujući više knjiga koje obrađuju problem na nivou fakultetskog poznavanja fizike) su navele ovu netačnu tvrdnju.[2]

Mnogi koji su pogrešno shvatili način delovanja i razmere veličine Koriolisove sile tvrde da se voda na severnoj hemisferi okreće u smeru kazaljke na satu, a na južnoj u suprotno od kretanja kazaljke. Naravno, ovo takođe znači da voda iz kade na ekvatoru otiče bez kružnog kretanja u slivniku. Ovo su upravo suprotni smerovi od onih koji bi trebalo da budu posledica delovanja Koriolisove sile. Dodatno, Koriolisova sila je nekoliko redova veličina manja od raznih promenljivih faktora koji utiču na brzinu i kretanje mlaza prilikom isticanja vode. Prvenstveno je bitna geometrija kade, toaleta, odvoda i cevi kao i geometrija toka vode kad se prvobitno pusti da teče. Na primer, pretpostavimo kadu u kojoj je voda dubine 60 cm i potiče oticanje smanjivanjem nivoa za 3 cm, što daje gradijent pritiska od 500 N/m3. Neka mlaz iz kade ističe brzinom od 50 cm/s. Na geografskoj širini 45 stepeni ovo daje porast Koriolisovog ubrzanja za 0.05 N/m3, što je oko 0,01 % od gradijenta pritiska.

Većina toaleta pušta vodu samo u jednom pravcu.[3] Ukoliko bi se namerno pustila voda da u prvom momentu krene u drugu stranu, ona bi nastavila i dalje tako da otiče.[4]

Zemlja se okrene za jedan dan, dok kadi treba minut da se isprazni (toaletu za nekoliko sekundi). Kada se voda pusti da teče, brzina vrtloženja se povećava u zavisnosti od udaljenosti od odvoda zbog očuvanja ugaonog momenta (razlog zašto klizač skuplja ruke da bi se brže okretao). Kao što je prikazano u obrazovnom video materijalu koji je snimio Ašer Šapiro 1961. godine,[5] ovo može otkriti efekte Koriolisove sile na smer vrtloženja, ali pod kontrolisanim laboratorijskim uslovima.

Literatura[uredi]

Fizika i meteorologija[uredi]

Istorija[uredi]

  • 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.

Reference[uredi]

Spoljašnje veze[uredi]