地转偏向力
怎样从物理的角度分析地转偏向力?
要想理解地转偏向力的物理意义,首先要理解地球表面是近乎球面的,以及地球是有自转的。
这两样东西放到一起就能给出地转偏向力的物理解释了。
根据牛顿力学的运动论,取地球表面为参考系,考察地球表面上质点的位移、速度、加速度,这需要懂一些微分学的知识,因为我们要在地球表面这一球坐标系下根据质点位矢推导质点的速度和加速度。
很容易证明,质点的加速度矢量可以分解出一个与地球自转角速度成正比的一项,这一项在物理学上叫“科里奥利力”,而地转偏向力正是科里奥利力。
科里奥利力是一种惯性力,其产生原因是因为我们选择了地球表面这一非惯性系所致,如果我们选择地心为参考系,那么地球表面的科里奥利力就会消失。
但是对于地球表面的物体来说,无论是大气、海洋等,都会因为地球的自转而受到这种惯性力的“影响”。
事实上,这些物体并未真实受到惯性力的作用,只不过是因为参考系本身的问题而导致了一种受力作用的假象而已。
下面结合科里奥利力来解释为什么同样是向北运动,但是在南北半球却要受到不同方向的科里奥利力。
事实上,地球上的“北方”是一个局域概念,或者说我们说的“向北运动”仅仅是沿着经线圈的切线运动。
这时候,运动速度切于经线圈,而在南北半球,经线圈的切矢量并不是一致的,二者仅仅在地轴方向上的投影一致,而在赤道面上的投影却是互为相反说的。
科里奥利力的计算法则告诉我们,科里奥利力的方向取决于地球自转角速度方向和质点运动方向,且三者成右手坐标系关系。
很明显,由于南北半球的速度有差异,导致科里奥利力在南北半球表现为方向相反!这就是解释了地转偏向力奇特性质了。
是点的合成运动的最终结果地球上的物体作为动点,地球作为动系。
相对运动:物体相对于地球的曲线运动(近似直线);绝对运动:物体在宇宙空间中的曲线运动;牵连运动:地球本身的定轴转动。
由于牵连运动时定轴转动,根据理论力学点和合成运动,会产生额外的科氏加速度。
ac=2w×vrac就是科氏加速度,w是定轴转动的角速度,vr是相对速度。
由于是叉乘,科氏加速度的方向垂直于w和vr。
南北半球的科氏加速度方向北半球,科氏加速度向左;南半球向右。
所以北半球的物体会向左偏,而南半球向右偏。
这也是台风左右旋的原因。