Coriolis-erő

A levegő áramlása alacsony nyomású terület körül az északi féltekén. A nyomás gradiensét a kék nyilak mutatják, a kialakuló Coriolis-erőt, ami mindig merőleges a sebességre, a piros nyilak jelzik

A Coriolis-erő a fizikában az inerciarendszerhez képest forgó (tehát egyben gyorsuló) vonatkoztatási rendszerben mozgó testre ható egyik tehetetlenségi erő. Gaspard-Gustave Coriolis (ejtsd: gászpár güsztáv koriolisz) francia matematikusról és mérnökről nevezték el, aki 1835-ben először írta le a jelenséget. Az erő nagysága arányos a forgó rendszer szögsebességével, a forgó rendszerben mozgó test sebességével valamint a mozgó test sebességvektora és a forgástengely által bezárt szög szinuszával. Mint minden tehetetlenségi erő, a Coriolis-erő is arányos a test tömegével. Iránya a test sebességvektorára merőleges, munkát tehát nem végez.

Vektoralakban a következőképpen írható fel:

F C → = − 2 m ω → × v → {\displaystyle {\overrightarrow {F_{C}}}=-2m{\overrightarrow {\omega }}\times {\overrightarrow {v}}}

ahol ω → {\displaystyle {\overrightarrow {\omega }}} jelöli a szögsebesség-vektort (iránya azonos a forgástengelyével), v → {\displaystyle {\overrightarrow {v}}} pedig a mozgó tömegpont sebességvektora a forgó vonatkoztatási rendszerben.

A golyó pályája a külső (álló) (felső kép) és az alsó, a koronggal együtt forgó megfigyelő szemszögéből. A Coriolis-hatást - pontosabban a Coriolis- és a centrifugális erő eredőjének hatását - csak a forgó korongon lévő megfigyelő észleli.

Megfigyelése

A Föld forgásából eredő Coriolis-erő legegyszerűbben a Foucault-ingával mutatható ki. Ez egy olyan inga, mely hosszú időn keresztül leng, és így jól észlelhetővé válik a lengési sík elfordulása (feltéve, ha elég hosszú az ingát tartó zsinór). Ez a földrajzi sarkokon a legerőteljesebb, ott az inga lengési síkja egy nap alatt egy teljes kört ír le, az Egyenlítőhöz egyre közelebb eső pontokon ez az elfordulás egyre lassabb, és az Egyenlítőnél teljesen megszűnik. (Magyarországon a Miskolci Egyetem Geofizikai Tanszéke üzemeltet egy – az országban egyetlen nem csillapodó, "meghajtott" – Foucault-ingát az egyetem főbejáratának üvegcsarnokában. Itt a lengési sík teljes körbeforgásának ideje 32 óra 6 perc. Webkamerájának URL címe: http://193.6.11.238/view/index.shtml Archiválva 2013. október 7-i dátummal a Wayback Machine-ben)

A Foucault-ingák egyenlítői speciális viselkedése magyarázatot igényel. Az egyszerűség kedvéért, az általánosság megszorítása nélkül feltételezhetjük, hogy az ingák tömegének lengési ívhossza töredéke az inga zsinórhosszának. Elvileg a zsinór hosszának növelésével az inga tömegének függőleges elmozdulása (és sebessége) tetszőlegesen kicsinnyé tehető, így a függőleges sebesség-összetevőhöz tartozó Coriolis-erő is tetszőlegesen kicsinnyé, elhanyagolhatóvá válik. Ezt az elhanyagolást megtéve elegendő vizsgálnunk az inga tömege pályájának a vízszintes síkra eső vetületét, melynek görbületét az inga (csaknem vízszintesen) mozgó tömegére ható Coriolis-erő vízszintes vetülete határozza meg. Ha ez az erő-vetület eltűnik, akkor az inga tömege pályájának vízszintes vetülete egyenessé fajul.

Az inga egyenlítői, É-D-i irányú lengése esetében a Coriolis erő valóban eltűnik, mert ω → {\displaystyle {\overrightarrow {\omega }}} és v → {\displaystyle {\overrightarrow {v}}} párhuzamos. Minden más lehetséges lengési irány esetén a sebességnek van K-Ny-i irányú összetevője, de az ennek megfelelő Coriolis erő (pontosan csak az Egyenlítőn) függőleges irányú. Függőleges irányú erő nem képes a lengés síkját elforgatni. Az Egyenlítőn a Foucault ingák lengési irányának stabilitását tehát a Coriolis-erő vízszintes komponensének eltűnése okozza minden lengési iránynál.

A K-Ny-irányú mozgás esetén fellépő Coriolis-erőnek a függőleges összetevőjét nevezik Eötvös effektus-nak, ami elvben a Foucault inga zsinórjába iktatott finom, nagyon érzékeny rugós erőmérővel lenne kimutatható; Ny-ról K-re való lengésnél a tömeg a zsinórt a nyugalmi erőnél kevésbé húzza, K-ről Ny-ra való mozgásnál pedig nagyobb erővel. A Föld forgásából eredő Coriolis-erő tehát az Egyenlítőn a fentiek szerint "csődöt mondó" Foucault-ingák helyett a gyakorlatban a K-Ny-irányban mozgó járműveken (pl. hajókon) végzett, nagyon pontos gravitációs térerő-mérésekkel, vagy pl. az ilyen irányokban elsütött lőfegyverek szisztematikus "fölé-" vagy "aláhordásával" mutatható ki. Az Eötvös-effektussal azonban – a sarkok kivételével – magasabb szélességi fokokon is számolni kell (pl. a geológiai szerkezetek kutatásában, ballisztikában stb. A ballisztikában természetesen mindig figyelembe kell venni a változatos lövési irányoknak megfelelő Coriolis-erő mindhárom összetevőjét.).

Jelentősége

Hiedelmek

Jegyzetek

  1. ↑ Coriolis. hu.forvo.com
  2. ↑ fr.wikipedia
  3. ↑ Zeytounian: Meteorological fluid dynamics, 1991
  4. ↑ Which Way Will my Bathtub Drain?

Szakirodalom

Nemzetközi katalógusok