地球偏向力

地球偏向力

地球偏向力,又稱科里奧利力。地面上水平方向運動的物體(氣體、液體和固體),在地球自轉的影響下其運動方向要發生偏轉:在北半球向右偏,在南半球向左偏,並且地球自轉偏向力隨地理緯度的降低而減小,在赤道地區為零。

亦稱科氏力(科里奧利力),因為地球自轉而產生的以地球經緯網為參照系的力。
是常被引入的第3類慣性力,前兩類為平動慣性力和慣性離心力,當物體相對做勻速圓周的參考系有速度時,引入此力,由於比較複雜,很少被講到,所以經常被人遺忘,表達式為F=2v×ω(矢量式,×為叉積)
由於地球自轉而產生作用於運動空氣的力,稱為地轉偏向力,簡稱偏向力。它只在物體相對於地面有運動時才產生(實際不存在),只能改變(水平運動)物體運動的方向,不能改變物體運動的速率。地轉偏向力可分解為水平地轉偏向力和垂直地轉偏向力兩個分量。由於赤道上地平面繞著平行於該平面的軸鏇轉,空氣相對於地平面作水平運動產生的地轉偏向力位於與地平面垂直的平面內,故只有垂直地轉偏向力,而無水平地轉偏向力。由於極地地平面繞著垂直於該平面的軸鏇轉,空氣相對於地平面作水平運動產生的地轉偏向力位於與轉動軸相垂直的同一水平面上,故只有水平地轉偏向力,而無垂直地轉偏向力。在赤道與極地之間的各緯度上,地平面繞著平行於地軸的軸鏇轉,軸與水平面有一定交角,既有繞平行於地平面鏇轉的分量,又有繞垂直於地平面鏇轉的分量,故既有垂直地轉偏向力,也有水平地轉偏向力。
原因簡述如下:物體為保持水平慣性運動,經緯網因隨地球自轉而產生相對加速度
簡明推導
首先請明白:
1.物體的速度是有方向性的,圓周運動的物體在某一時刻的運動方向與圓周切線方向平行。
2.物體受到的萬有引力是指向地心的,它可以分解成兩個力,一是使物體保持與地球自轉同步的離心力,另一個是重力。
畫一個○,圓心表示地心,過圓心做垂直的兩條虛線。一條表示地軸,,在圓圈的線上找一個點(最好是右上半邊),在這個點上畫一條虛線與地軸垂直,再畫一條虛線與地軸平行。
我們來分析這一點的受力:向地心方向畫一個力,這是萬有引力,將這個力延剛才畫的那兩條虛線分解,其中一個是向心力,另一個是重力。
我們拿長江做一個例子:
當水靜止時,一切正常。他與周圍的物體相對靜止。
長江相對於地球是自西向東流,地球自傳也是自西向東轉,因此在某一時刻,以長江上的某一點來說,水流的線速度大於該點的自轉線速度。由於速度變大,如果想要保持原來的狀態,該點需要受到更大的向心力,但此時萬有引力沒有變化,萬有引力在與地軸垂直方向的分力也沒有變化,該點由於受不到足夠的向心力,所以會做離心運動,他的圓周運動的半徑會變大。對於長江來說,圓周運動半徑變大只有一個方法——向低緯度移動。這樣從上空看,長江水向右偏了。
 存在條件
非赤道地區對於地面擁有水平運動方向速度分量的物體
大小
f=2mvωsinφ(後附證明)
m為物體質量
f為地轉偏向力的大小
v為物體的水平運動速度分量
ω為地球自轉的角速度
sin是正弦函式
φ為物件所處的緯度
方向
 垂直於物體速度的水平分量方向,北半球向右,南半球向左
地理意義
 對於洋流,河流,風及其他具有水平運動的事物產生影響。
 地轉偏向力與生活
 作者:姚清奎 文章來源:四川宜賓江安二中 點擊數:1543 更新時間:2007-8-16
沿地表水平運動的物體在地轉偏向力的作用下運動方向發生了偏移,使許多自然現象都受其影響,同時也影響著人類的生產和生活,請看下面五例:(以北半球為例)
一、水漩渦的形成。
當我們打開水龍頭向塑膠桶中注水時,當水庫放水(放水口在水下)時,水槽放水時等,都會看到在水面形成漩渦。注水時呈順時針鏇轉,放水時呈逆時針鏇轉。如下圖:
圖中虛線是表層水的原始流動方向,實線是水的實際流動方向。當向桶中注水時,水從注水點向四周流動,北半球在地轉偏向力的作用下右偏,漩渦呈順時針方向鏇轉。南半球則呈逆時針方向鏇轉。放水時表面水都流向下層出水點,北半球在地轉偏向力的作用下右偏,漩渦呈逆時針方向鏇轉。南半球則呈順時針方向鏇轉。
不過江河中的漩渦不一定符合這一規律,因為它還受到河床特徵的影響。
二、車輛和行人靠右行。
不是所有的國家或地區的車輛和行人都靠右行,但靠右行是最為合理的。如下圖:
A圖為靠左行,北半球車輛在地轉偏向力的作用下右偏,都偏向道路中間,更容易與對面過來的車輛相撞,發生車禍的頻率會更高。B圖為靠右行,北半球車輛在地轉偏向力的作用下右偏,都偏向路邊,路邊是司機開車注意力的集中點,司機會不斷調整方向來保證行車安全。
車輛靠右行導致人也靠右行,這樣更安全些。由於長期習慣,所以人們無論在哪裡行走都喜歡右行。
三、左右鞋磨損程度不同。
這種現象現代人已經難看到,因為一雙鞋穿的時間太短,表現不明顯。我想40歲以上的人對這個現象還記憶猶新。如下圖:
這是由於兩隻鞋的受力差異而形成的。在北半球,由於地轉偏向力作用於右側,所以人們常發現右鞋磨損比左鞋要多些;而南半球由於地轉偏向力作用於左側,所以左鞋磨損比右鞋要多些。
四、跑道上逆時針跑行。
在跑道上跑行,人們總喜歡沿逆時針方向。如下圖:
A人是逆時針方向跑,正好在彎道處。從圖上可以看出,地轉偏向力向外,身體傾斜產生一個向內的向心力,二力方向相反,更易平衡,過彎道處不易跌倒。B人是順時針方向跑,也正好在彎道處。從圖上可以看出,地轉偏向力和身體傾斜產生一個向內的向心力方向相同,不易平衡,過彎道處易跌倒。
人類的發源地都在北半球,人們長期受地轉偏向力的影響形成了這一習慣,所以哪怕到了南半球,人們還是習慣於這樣的行為。
五、機械設備都是順時針鏇轉。
我們所見到的電扇、電機、柴油機、水輪機等都是順時針鏇轉。如下圖:
從圖上可以看出,在北半球順時針鏇轉,地轉偏向力指向軸心,有於物質的向心作用,使機械設備更耐用、更牢固。而逆時針鏇轉時地轉偏向力指向外,有於物質的離心運動,機械設備易損壞,使用壽命縮短。

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