關(guān)于科氏力解剖課件

關(guān)于科氏力的說明科里奧利1792---1843關(guān)于科氏力的說明科里奧利1792---18431力學(xué)中的參照系慣性：物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性。慣性定律：任何物體，只要沒有外力改變它的狀態(tài)，便會(huì)永遠(yuǎn)保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。又稱為牛頓第一定律。慣性參考系：對(duì)某一特定物體慣性定律成立的參考系。牛頓定律只在慣性系中成立，一切慣性系均等價(jià)。力學(xué)中的參照系慣性：物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性。2慣性力慣性力是在非慣性參照系中，為使牛頓定律成立而假想的力。真實(shí)的力是物體間的相互作用，而假想力不存在施加此力的物體，沒有反作用力。參考系的運(yùn)動(dòng)可分為跟隨原點(diǎn)的平動(dòng)和坐標(biāo)軸繞原點(diǎn)的平動(dòng)。加速平動(dòng)的后果是產(chǎn)生一個(gè)慣性力轉(zhuǎn)動(dòng)的后果是產(chǎn)生一個(gè)與相對(duì)速度無關(guān)的慣性力（慣性離心力）和一個(gè)與相對(duì)速度有關(guān)的慣性力（科里奧利力）慣性力慣性力是在非慣性參照系中，為使牛頓定律成立而假想的力。3慣性力舉例超重與失重：平動(dòng)加速度引起的慣性力對(duì)一個(gè)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，物體相對(duì)于圓盤靜止。從靜止坐標(biāo)系看（向心力）從轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系看慣性力該慣性力稱為慣性離心力F慣oF向角速度為

慣性力舉例超重與失重：平動(dòng)加速度引起的慣性力F慣oF向角速度4第二類慣性力—科氏力oAB’A’B’’B

第二類慣性力—科氏力oAB’A’B’’B5第二類慣性力—科氏力從靜止坐標(biāo)系看：從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系看：慣性力oAv

第二類慣性力—科氏力從靜止坐標(biāo)系看：慣性力oAv6科氏力的一般公式從上面的討論可以看到，科氏力總是垂直于旋轉(zhuǎn)軸?？梢詫懗墒噶坎娉诵问娇剖狭Φ拇笮橹赶虬从沂致菪▌t確定科氏力的方向總是與運(yùn)動(dòng)速度垂直，其效應(yīng)是改變速度方向，而不改變速度大小。Fcv

科氏力的一般公式從上面的討論可以看到，科氏力總是垂直于旋轉(zhuǎn)軸7地球的角速度地球的角速度由自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)角速度合成O

地球的角速度地球的角速度由自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)角速度合成O8地球上的慣性力重力是地心引力與慣性離心力的合成慣性離心力是一個(gè)二階小量慣性離心力萬(wàn)有引力mgO

R

為緯度地球上的慣性力重力是地心引力與慣性離心力的合成慣性離心力萬(wàn)有9地球上的科氏力采用地理坐標(biāo)系，Z軸鉛直向上，N軸指向北，E軸指向東，角速度分量為O

R

ZN

M當(dāng)M點(diǎn)相對(duì)地球的速度v沿鉛直方向時(shí)，由

N引起的科氏慣性力為當(dāng)M點(diǎn)相對(duì)地球的速度v在水平面內(nèi)時(shí)，由

Z引起的科氏慣性力為科氏力方向總是與速度方向垂直科氏參數(shù)f=2sin地球上的科氏力采用地理坐標(biāo)系，Z軸鉛直向上，N軸指向北，E軸10地球赤道上的科氏力ZO

R

N

M由

N引起的東西方向的科氏慣性力為由

Z引起的水平面上的科氏慣性力為在赤道上，水平方向的運(yùn)動(dòng)引起的科氏力為零，而鉛直方向的運(yùn)動(dòng)引起的科氏力最大，方向沿東西向。地球赤道上的科氏力ZORNM由N引起的東西方向的科氏11地球上科氏力的方向在北半球，沿著運(yùn)動(dòng)方向看，科氏力總是垂直于運(yùn)動(dòng)方向向右。在南半球，沿著運(yùn)動(dòng)方向看，科氏力總是垂直于運(yùn)動(dòng)方向向左。由于科氏力總是垂直于運(yùn)動(dòng)方向，它僅是運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，而不改變速度的大小。地球上科氏力的方向在北半球，沿著運(yùn)動(dòng)方向看，科氏力總是垂直于12

傅科擺：地球的自轉(zhuǎn)對(duì)單擺的運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生影響，單擺的振動(dòng)平面將順時(shí)針方向不斷偏轉(zhuǎn)。傅科1851年在巴黎的教堂第一次用擺長(zhǎng)達(dá)67m，擺球?yàn)橹睆铰源笥?0m的鐵球，質(zhì)量為28kg，單擺振動(dòng)時(shí)所畫出的隨圓長(zhǎng)軸等于3m，擺的振動(dòng)周期為16s，而隨圓旋轉(zhuǎn)的周期則為32h。在歷史上，傅科以此第一次顯示了地球的自轉(zhuǎn)。傅科擺傅科擺：地球的自轉(zhuǎn)對(duì)單擺的運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生影響，單擺的振動(dòng)平面13自由落體假設(shè)有一物體從高度為h的塔上自由落下，問落點(diǎn)是偏東還是偏西？還是不偏？由于科氏力的方向向東，故落點(diǎn)偏東?？梢宰C明偏離的距離為如果將物體以初速v0垂直上拋，物體到達(dá)高度h后又落回地面，問落點(diǎn)距上拋點(diǎn)的偏離如何？

自由落體假設(shè)有一物體從高度為h的塔上自由落下，問落點(diǎn)是偏東還14炮彈的偏向在北半球，向北平射的炮彈會(huì)偏向東還是西？如何解釋？（線速度不同）如果在北半球向正東發(fā)射炮彈，發(fā)射地與彈著點(diǎn)在同一緯度上，因而東向速度相同，如何解釋炮彈落點(diǎn)偏右？地球繞

N轉(zhuǎn)使得西升東降，繞Z轉(zhuǎn)使得正東方向不斷向左偏，從而使炮彈落點(diǎn)偏向右。炮彈的偏向在北半球，向北平射的炮彈會(huì)偏向東還是西？15其他例子大江大河中的水流相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)，但受河岸約束。在科氏力作用下，河水右偏(北半球)，但長(zhǎng)年積累的結(jié)果，右岸沖刷較為嚴(yán)重。南半球則左岸沖刷較為嚴(yán)重。對(duì)于雙軌鐵路，由于列車總是單方向行駛，在北半球右側(cè)鐵軌磨損較為嚴(yán)重；在南半球左側(cè)鐵軌磨損較為嚴(yán)重。

其他例子大江大河中的水流相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)，但受河岸約束。在科氏16科氏力引起的大氣效應(yīng)地轉(zhuǎn)風(fēng)（流）在科氏力作用下，氣流沿等壓線流動(dòng)。高氣壓等壓線低氣壓風(fēng)速方向V壓強(qiáng)梯度力科氏力V高氣壓低氣壓科氏力引起的大氣效應(yīng)地轉(zhuǎn)風(fēng)（流）高氣壓等壓線低氣壓風(fēng)速方向V17氣旋與反氣旋在北半球，氣流沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)叫氣旋，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)叫反氣旋在南半球，氣流沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)叫氣旋，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)叫反氣旋高壓低壓氣旋與反氣旋在北半球，氣流沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)叫氣旋，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)叫反18副熱帶高壓和貿(mào)易風(fēng)赤道附近空氣受熱上升并向低緯度地區(qū)流動(dòng)；在北半球高空，受科氏力影響，氣流逐漸偏東，并在北緯附近形成西風(fēng)。西風(fēng)形成一堵墻，阻擋了南來的氣流繼續(xù)向北流動(dòng)?？諝庠诖硕逊e、冷卻、下沉，形成地面上的副熱帶高壓帶。副熱帶高壓控制的天氣主要是高溫干燥。在地面上，空氣由此處向南流動(dòng)，去補(bǔ)充赤道帶上升的空氣，受科氏力影響，逐漸右偏，形成穩(wěn)定的東北風(fēng)。古代商船都是帆船，它們就是靠著這種方向常年不變的風(fēng)航行于海上，故名貿(mào)易風(fēng)(Tradwind)?，F(xiàn)在我國(guó)稱為信風(fēng)，也是指它的方向不變，很守信用。同理，在赤道到南緯附近形成東南信風(fēng)。東北信風(fēng)帶東南信風(fēng)帶副熱帶高壓帶副熱帶高壓帶赤道低壓帶副熱帶高壓和貿(mào)易風(fēng)赤道附近空氣受熱上升并向低緯度地區(qū)流動(dòng)；在19大氣環(huán)流大氣環(huán)流20臺(tái)風(fēng)的形成臺(tái)風(fēng)是一種極其猛烈的氣旋，它產(chǎn)生于熱帶海洋上，又稱熱帶氣旋。臺(tái)風(fēng)直徑可達(dá)數(shù)百公里至一千公里以上，頂部高度為15~20km，最大風(fēng)速可達(dá)60m/s。形成的條件如下：一是要有廣闊的高溫、高濕的大氣。熱帶洋面上的底層大氣的溫度和濕度主要決定于海面水溫，臺(tái)風(fēng)只能形成于海溫高于26℃－27℃的暖洋面上。二是要有低層大氣向中心輻合、高層向外擴(kuò)散的初始擾動(dòng)。三是垂直方向風(fēng)速不能相差太大，才能使初始擾動(dòng)中水汽凝結(jié)所釋放的潛熱能集中保存在臺(tái)風(fēng)眼區(qū)的空氣柱中，形成并加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)暖中心結(jié)構(gòu)；四是要有足夠大的地轉(zhuǎn)偏向力作用，地轉(zhuǎn)偏向力在赤道附近接近于零，臺(tái)風(fēng)發(fā)生在大約離赤道5~20緯度的洋面上。

臺(tái)風(fēng)的形成臺(tái)風(fēng)是一種極其猛烈的氣旋，它產(chǎn)生于熱帶海洋上，又稱21Ekman漂流在海洋上，穩(wěn)定的南風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間吹送在海面上，問形成的海流流向什么方向？沿風(fēng)向？向右？向左？風(fēng)向Ekman漂流在海洋上，穩(wěn)定的南風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間吹送在海面上，問形成22Ekman漂流理想化的無邊界、無限深和密度均勻的海洋，因海面受穩(wěn)定的風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間吹刮，出現(xiàn)鉛直湍流而產(chǎn)生的水平湍流摩擦力，與地轉(zhuǎn)偏向力平衡時(shí)出現(xiàn)的海流，稱為Ekman漂流。

Ekman漂流理想化的無邊界、無限深和密度均勻的海洋，因海面23上升流在北半球，如果風(fēng)沿著海岸吹送，海岸在沿風(fēng)向的左邊，問此時(shí)會(huì)發(fā)生什么？海岸風(fēng)向Ekman漂流上升流