Kur fizika studion procesin e lëvizjes së trupave në korniza joinerciale të referencës, duhet të merret parasysh i ashtuquajturi nxitim Coriolis. Në artikull do t'i japim një përkufizim, do të tregojmë pse ndodh dhe ku shfaqet në Tokë.
Çfarë është nxitimi Coriolis?
Për t'iu përgjigjur shkurt kësaj pyetjeje, mund të themi se ky është nxitimi që ndodh si rezultat i veprimit të forcës Coriolis. Kjo e fundit manifestohet kur trupi lëviz në një kornizë referimi rrotulluese joinerciale.
Kujtoni se sistemet jo-inerciale lëvizin me nxitim ose rrotullohen në hapësirë. Në shumicën e problemeve fizike, planeti ynë supozohet të jetë një kornizë inerciale referimi, pasi shpejtësia e tij këndore e rrotullimit është shumë e vogël. Megjithatë, kur merret parasysh kjo temë, Toka supozohet të jetë jo-inerciale.
Ka forca fiktive në sistemet joinerciale. Nga këndvështrimi i një vëzhguesi në një sistem joinercial, këto forca lindin pa asnjë arsye. Për shembull, forca centrifugale ështëe rreme. Shfaqja e tij nuk shkaktohet nga ndikimi në trup, por nga prania e vetive të inercisë në të. E njëjta gjë vlen edhe për forcën Coriolis. Është një forcë fiktive e shkaktuar nga vetitë inerciale të trupit në një kornizë referimi rrotulluese. Emri i saj lidhet me emrin e francezit Gaspard Coriolis, i cili e llogariti i pari.
Forca Coriolis dhe drejtimet e lëvizjes në hapësirë
Pasi u njohëm me përkufizimin e nxitimit Coriolis, le të shqyrtojmë tani një pyetje specifike - në cilat drejtime të lëvizjes së një trupi në hapësirë në lidhje me një sistem rrotullues ndodh.
Le të imagjinojmë një disk që rrotullohet në një plan horizontal. Një bosht rrotullimi vertikal kalon nëpër qendrën e tij. Lëreni trupin të pushojë në disk në lidhje me të. Në pushim, një forcë centrifugale vepron mbi të, e drejtuar përgjatë rrezes nga boshti i rrotullimit. Nëse nuk ka forcë centripetale që e kundërshton atë, atëherë trupi do të fluturojë nga disku.
Tani supozoni se trupi fillon të lëvizë vertikalisht lart, domethënë paralel me boshtin. Në këtë rast, shpejtësia e tij lineare e rrotullimit rreth boshtit do të jetë e barabartë me atë të diskut, domethënë nuk do të ketë forcë Coriolis.
Nëse trupi filloi të bënte një lëvizje radiale, domethënë filloi të afrohej ose të largohej nga boshti, atëherë shfaqet forca Coriolis, e cila do të drejtohet tangjencialisht në drejtimin e rrotullimit të diskut. Pamja e tij shoqërohet me ruajtjen e momentit këndor dhe me praninë e një ndryshimi të caktuar në shpejtësitë lineare të pikave të diskut, të cilat ndodhen nëdistanca të ndryshme nga boshti i rrotullimit.
Më në fund, nëse trupi lëviz në mënyrë tangjenciale me diskun rrotullues, atëherë do të shfaqet një forcë shtesë që do ta shtyjë atë ose drejt boshtit të rrotullimit ose larg tij. Ky është komponenti radial i forcës Coriolis.
Meqenëse drejtimi i nxitimit të Coriolis përkon me drejtimin e forcës së konsideruar, ky nxitim do të ketë gjithashtu dy komponentë: radial dhe tangjencial.
Formula e forcës dhe nxitimit
Forca dhe nxitimi në përputhje me ligjin e dytë të Njutonit janë të lidhura me njëra-tjetrën nga marrëdhënia e mëposhtme:
F=ma.
Nëse marrim shembullin e mësipërm me një trup dhe një disk rrotullues, mund të marrim një formulë për çdo përbërës të forcës Coriolis. Për ta bërë këtë, zbatoni ligjin e ruajtjes së momentit këndor, si dhe kujtoni formulën për nxitimin centripetal dhe shprehjen për marrëdhënien midis shpejtësisë këndore dhe lineare. Në përmbledhje, forca Coriolis mund të përkufizohet si më poshtë:
F=-2m[ωv].
Këtu m është masa e trupit, v është shpejtësia e tij lineare në një kornizë joinerciale, ω është shpejtësia këndore e vetë kornizës referuese. Formula përkatëse e nxitimit të Coriolis do të marrë formën:
a=-2[ωv].
Produkti vektorial i shpejtësive është në kllapa katrore. Ai përmban përgjigjen e pyetjes se ku drejtohet nxitimi i Coriolis. Vektori i tij është i drejtuar pingul si me boshtin e rrotullimit ashtu edhe me shpejtësinë lineare të trupit. Kjo do të thotë se të studiuaritnxitimi çon në një lakim të një trajektoreje drejtvizore të lëvizjes.
Ndikimi i forcës Coriolis në fluturimin e një topi
Për të kuptuar më mirë se si forca e studiuar shfaqet në praktikë, merrni parasysh shembullin e mëposhtëm. Lëreni topin, duke qenë në meridianin zero dhe gjerësinë gjeografike zero, të qëllojë drejt në veri. Nëse Toka nuk do të rrotullohej nga perëndimi në lindje, atëherë bërthama do të binte me gjatësi 0°. Sidoqoftë, për shkak të rrotullimit të planetit, bërthama do të bjerë në një gjatësi të ndryshme, e zhvendosur në lindje. Ky është rezultati i nxitimit të Coriolis.
Shpjegimi i efektit të përshkruar është i thjeshtë. Siç e dini, pikat në sipërfaqen e Tokës, së bashku me masat e ajrit mbi to, kanë një shpejtësi të madhe rrotullimi linear nëse ndodhen në gjerësi të ulët gjeografike. Kur ngrihej nga topi, bërthama kishte një shpejtësi të lartë lineare rrotullimi nga perëndimi në lindje. Kjo shpejtësi e bën atë të zhvendoset drejt lindjes kur fluturon në gjerësi më të larta.
Efekti Coriolis dhe rrymat detare dhe ajrore
Efekti i forcës Coriolis shihet më qartë në shembullin e rrymave oqeanike dhe lëvizjen e masave ajrore në atmosferë. Kështu, Rryma e Gjirit, duke filluar nga jugu i Amerikës së Veriut, përshkon të gjithë Oqeanin Atlantik dhe arrin në brigjet e Evropës për shkak të efektit të theksuar.
Sa i përket masave ajrore, erërat tregtare, të cilat fryjnë nga lindja në perëndim gjatë gjithë vitit në gjerësi të ulët gjeografike, janë një manifestim i qartë i ndikimit të forcës Coriolis.
Shembull problem
Formula përNxitimi i Coriolis. Është e nevojshme të përdoret për të llogaritur sasinë e nxitimit që merr një trup, duke lëvizur me një shpejtësi prej 10 m/s, në një gjerësi gjeografike prej 45 °.
Për të përdorur formulën për nxitimin në lidhje me planetin tonë, duhet t'i shtoni asaj varësinë nga gjerësia gjeografike θ. Formula e punës do të duket si:
a=2ωvsin(θ).
Shenja minus është lënë jashtë sepse përcakton drejtimin e nxitimit, jo modulin e tij. Për Tokën ω=7,310-5rad/s. Duke zëvendësuar të gjithë numrat e njohur në formulë, marrim:
a=27, 310-510sin(45o)=0,001 m/ c 2.
Siç mund ta shihni, nxitimi i llogaritur i Coriolis është pothuajse 10,000 herë më pak se nxitimi gravitacional.
