29. Coriolisova sila
Najstrašnija sila kojoj nisu potrebni gravitoni
Prvo, šta naučni svet zna o Koriolisovoj sili?
Kada se disk rotira, tačke koje su dalje od centra kreću se većom tangencijalnom brzinom od tačaka manje udaljenih (grupa crnih strelica duž radijusa). Tijelo možete pomicati duž polumjera tako da ostane na radijusu (plava strelica iz pozicije „A” u poziciju „B”) povećanjem brzine tijela, odnosno ubrzavanjem. Ako referentni okvir rotira zajedno s diskom, jasno je da tijelo "ne želi" ostati na radijusu, ali "pokušava" ići lijevo - to je Coriolisova sila.
Putanja lopte koja se kreće duž površine rotirajuće ploče u različitim referentnim sistemima (iznad - u inercijalnim, ispod - u neinercijalnim).
Coriolisova sila- jedan od inercijske sile koje postoje u neinercijalni referentni sistem zbog rotacije i zakona inercije , manifestira se pri kretanju u smjeru pod kutom u odnosu na os rotacije. Ime je dobio po francuskom naučnikuGustave Gaspard Coriolis , koji ga je prvi opisao. Coriolisovo ubrzanje je dobio Coriolis 1833. Gauss 1803. i Euler 1765. godine.
Razlog za pojavu Coriolisove sile je Coriolisovo (rotaciono) ubrzanje. INinercijski referentni sistemi primjenjuje se zakon inercije , odnosno svako tijelo teži pravolinijskom i konstantnom kretanju brzina . Ako uzmemo u obzir kretanje tijela, jednoliko duž određenog rotacionog radijusa i usmjereno od centra, postaje jasno da je potrebno tijelu dati ubrzanje , jer što je dalje od centra, to bi trebala biti veća tangencijalna brzina rotacije. To znači da će sa stanovišta rotacionog referentnog okvira neka sila pokušati da pomjeri tijelo iz radijusa.
Da bi se tijelo kretalo Koriolisovim ubrzanjem potrebno je na tijelo primijeniti silu jednaku F = ma, Gdje a— Coriolisovo ubrzanje. U skladu s tim, tijelo se ponaša prema Njutnov treći zakon sa silom u suprotnom smjeru.F K = — ma.
|
Sila koja djeluje iz tijela nazvat će se Coriolisova sila. Coriolisovu silu ne treba brkati s drugom sila inercije - centrifugalna sila , koji je usmjeren uzduž poluprečnik rotirajuće kružnice. Ako se rotacija dogodi u smjeru kazaljke na satu, tada će tijelo koje se kreće od centra rotacije težiti da napusti polumjer ulijevo. Ako se rotacija dogodi u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, onda udesno. |
Vladavina Žukovskog
| Coriolisovo ubrzanje može se dobiti projektovanjem vektora brzine materijalne tačke u neinercijalnom referentnom okviru na ravan okomitu na vektor ugaone brzine neinercijalnog referentnog sistema , povećavajući rezultirajuću projekciju za jednom i zarotirajte ga za 90 stepeni u smjeru prijenosne rotacije. | N. E. Zhukovsky predložena je verbalna formulacija definicije Coriolisove sile, pogodna za praktičnu upotrebu |
Dodaci:
Gimlet pravilo
|
Ravna žica sa strujom. Struja (I) koja teče kroz žicu stvara magnetsko polje (B) oko žice.Gimlet pravilo(takođe, pravilo desne ruke) - mnemonički pravilo za određivanje smjera vektoraugaona brzina , karakterizira brzinu rotacije tijela, kao i vektormagnetna indukcija B ili da odredi pravacindukovana struja . Pravilo desne ruke Gimlet pravilo: “Ako je smjer translacijskog kretanja gimlet (šraf) ) poklapa se sa smjerom struje u provodniku, tada se smjer rotacije drške gimleta poklapa sa smjeromvektor magnetne indukcije “. |
Određuje smjer inducirane struje u vodiču koji se kreće u magnetskom polju
Pravilo desne ruke: „Ako je dlan desne ruke postavljen tako da u njega ulaze linije magnetnog polja, a savijeni palac usmjeren duž kretanja provodnika, tada će 4 ispružena prsta pokazati smjer indukcijske struje.“
Za solenoid formulira se na sljedeći način: "Ako dlanom desne ruke uhvatite solenoid tako da su četiri prsta usmjerena duž struje u zavojima, tada će ispruženi palac pokazati smjer linija magnetskog polja unutar solenoida."
Pravilo lijeve ruke
Ako se naboj kreće i magnet miruje, tada se za određivanje sile primjenjuje pravilo lijeve ruke: „Ako je lijeva ruka postavljena tako da linije indukcije magnetskog polja ulaze u dlan okomito na njega, a četiri prsta su usmjerena duž struje (duž kretanja pozitivno nabijene čestice ili protiv negativno nabijenog kretanja), tada će palac postavljen pod uglom od 90° pokazati smjer djelujuće Lorentzove ili Amperove sile.”
MAGNETNO POLJE
SVOJSTVA (STACIONARNOG) MAGNETSKOG POLJA
Trajno (ili stacionarno) Magnetno polje je magnetsko polje koje se ne mijenja tokom vremena.
1. Magnetno polje je kreirana pokretne nabijene čestice i tijela, provodnici koji nose struju, trajni magneti.
2. Magnetno polje validan na pokretne nabijene čestice i tijela, na provodnike sa strujom, na trajne magnete, na okvir sa strujom.
3. Magnetno polje vortex, tj. nema izvor.
MAGNETNE SILE- to su sile kojima strujni provodnici djeluju jedni na druge.
………………
MAGNETNA INDUKCIJA
Vektor magnetske indukcije je uvijek usmjeren na isti način kao što je magnetska igla koja se slobodno okreće orijentirana u magnetskom polju.
VODOVI MAGNETNE INDUKCIJE - to su linije tangente na koje je u bilo kojoj tački vektor magnetske indukcije.
Uniformno magnetno polje– ovo je magnetno polje u kojem je u bilo kojoj tački vektor magnetske indukcije konstantan po veličini i smjeru; posmatrano između ploča ravnog kondenzatora, unutar solenoida (ako je njegov promjer mnogo manji od njegove dužine) ili unutar trakastog magneta.
SVOJSTVA VODOVA MAGNETNE INDUKCIJE
– imaju smjer;
– kontinuirano;
– zatvoreno (tj. magnetsko polje je vrtložno);
– ne seku;
– njihova gustina se koristi za suđenje veličine magnetne indukcije.
Gimlet pravilo(uglavnom za pravi provodnik sa strujom):
|
Ako se smjer translacijskog kretanja gimleta poklapa sa smjerom struje u vodiču, tada se smjer rotacije ručke gimleta poklapa sa smjerom linija magnetskog polja struje.Pravilo desne ruke (uglavnom za određivanje smjera magnetskih linija unutar solenoida):Ako stegnete solenoid dlanom desne ruke tako da su četiri prsta usmjerena duž struje u zavojima, tada će ispruženi palac pokazati smjer linija magnetskog polja unutar solenoida. |
|
Postoje i druge moguće primjene pravila gimleta i desne ruke. |
 
|
AMP POWER je sila kojom magnetsko polje djeluje na provodnik sa strujom.Modul amperske sile jednak je umnošku jačine struje u vodiču sa veličinom vektora magnetske indukcije, dužinom provodnika i sinusom ugla između vektora magnetske indukcije i smjera struje u vodiču. .Amperova sila je maksimalna ako je vektor magnetske indukcije okomit na provodnik.Ako je vektor magnetske indukcije paralelan sa provodnikom, tada magnetsko polje nema uticaja na provodnik sa strujom, tj. Amperova sila je nula.Smjer amperske sile odredio pravilo lijeve ruke: |
Ako je lijeva ruka postavljena tako da komponenta vektora magnetske indukcije okomita na provodnik ulazi u dlan, a 4 ispružena prsta usmjerena su u smjeru struje, tada će palac savijen za 90 stupnjeva pokazati smjer sile koja djeluje na strujnom provodniku.
Dakle, u magnetskom polju pravog vodiča sa strujom (neujednačeno) okvir sa strujom je orijentisan duž poluprečnika magnetne linije i privlači se ili odbija od pravog vodiča sa strujom, u zavisnosti od smera struje.
|
Smjer Coriolisove sile na rotirajuću Zemlju.Centrifugalna sila , djelujući na tijelo mase m, modul jednako F pr = mb 2 r, gdje je b = omega – ugaona brzina rotacije i r— udaljenost od ose rotacije. Vektor ove sile leži u ravnini ose rotacije i usmjeren je okomito na nju. Magnituda Coriolisove sile , djelujući na česticu koja se kreće brzinom u odnosu na dati rotirajući referentni okvir, dat je sa, gdje je alfa ugao između vektora brzine čestica i ugaone brzine referentnog okvira. Vektor ove sile usmjeren je okomito na oba vektora i desno od brzine tijela (određenopravilo gimleta ). |
Efekti Coriolisove sile: laboratorijski eksperimenti
|
Foucaultovo klatno na sjevernom polu. Osa rotacije Zemlje leži u ravni oscilovanja klatna.Foucaultovo klatno . Eksperiment koji je jasno pokazao rotaciju Zemlje izveo je 1851. godine francuski fizičar Leon Foucault . Njegovo značenje je da je ravan oscilacijematematičko klatno je konstantan u odnosu na inercijski referentni sistem, u ovom slučaju u odnosu na nepokretne zvijezde. Dakle, u referentnom okviru povezanom sa Zemljom, ravan oscilovanja klatna mora da se okreće. Sa stanovišta neinercijalnog referentnog okvira povezanog sa Zemljom, ravnina oscilovanja Foucaultovog klatna rotira pod utjecajem Coriolisove sile.Ovaj efekat bi trebalo najjasnije da bude izražen na polovima, gde je period potpune rotacije ravni klatna jednak periodu rotacije Zemlje oko svoje ose (sideralni dan). Općenito, period je obrnuto proporcionalan sinusu geografske širine; na ekvatoru je ravnina oscilacije klatna nepromijenjena. |
Trenutno Foucaultovo klatno uspješno demonstrirana u nizu naučnih muzeja i planetarijuma, posebno u planetarijumuSt. Petersburg , planetarijum Volgograda.
Postoji niz drugih eksperimenata s klatnom koji se koriste za dokazivanje rotacije Zemlje. Na primjer, u eksperimentu Bravais (1851) korišten jekonusno klatno . Rotacija Zemlje je dokazana činjenicom da su periodi oscilacija u smjeru kazaljke na satu i suprotno od kazaljke na satu bili različiti, budući da je Coriolisova sila u ova dva slučaja imala različit predznak. Godine 1853 Gauss predložio korištenje nematematičkog klatna, npr Foucault, fizička osoba , što bi omogućilo smanjenje veličine eksperimentalne postavke i povećanje točnosti eksperimenta. Ova ideja je realizovana Kamerlingh Onnes 1879
Žiroskop– rotirajuće tijelo sa značajnim momentom inercije zadržava ugaoni moment ako nema jakih smetnji. Foucault, koji je bio umoran od objašnjavanja šta se dešava sa Foucaultovim klatnom koji nije na polu, razvio je još jednu demonstraciju: viseći žiroskop je zadržao svoju orijentaciju, što znači da se polako okretao u odnosu na posmatrača.
Skretanje projektila tokom gađanja. Još jedna vidljiva manifestacija Coriolisove sile je skretanje putanja projektila (udesno na sjevernoj hemisferi, ulijevo na južnoj hemisferi) ispaljenih u horizontalnom smjeru. Sa stanovišta inercijalnog referentnog okvira, za projektile ispaljene uzduž meridijan , to je zbog ovisnosti linearne brzine rotacije Zemlje od geografske širine: kada se kreće od ekvatora do pola, projektil zadržava horizontalnu komponentu brzine nepromijenjenu, dok linearna brzina rotacije tačaka na Zemljina površina se smanjuje, što dovodi do pomjeranja projektila sa meridijana u smjeru rotacije Zemlje. Ako je hitac ispaljen paralelno s ekvatorom, onda je pomak projektila iz paralele posljedica činjenice da trajektorija projektila leži u istoj ravni sa centrom Zemlje, dok se tačke na zemljinoj površini kreću u ravan okomita na Zemljinu os rotacije.
Odstupanje tijela koja slobodno padaju od vertikale. Ako brzina tijela ima veliku vertikalnu komponentu, Coriolisova sila je usmjerena na istok, što dovodi do odgovarajućeg odstupanja u putanji tijela koje slobodno pada (bez početne brzine) s visokog tornja. Kada se posmatra u inercijskom referentnom okviru, efekat se objašnjava činjenicom da se vrh tornja u odnosu na središte Zemlje kreće brže od osnove, zbog čega se putanja tijela ispostavlja kao uska parabola i tijelo je malo ispred osnove tornja.
Ovaj efekat je bio predviđen Newton 1679. godine. Zbog složenosti izvođenja relevantnih eksperimenata, efekat je mogao biti potvrđen tek krajem 18. - prvoj polovini 19. stoljeća (Guglielmini, 1791; Benzenberg, 1802; Reich, 1831).
austrijski astronom Johann Hagen (1902) izveo je eksperiment koji je bio modifikacija ovog eksperimenta, gdje je umjesto slobodno padajućih utega korišteni Atwoodov auto . To je omogućilo smanjenje ubrzanja pada, što je dovelo do smanjenja veličine eksperimentalne postavke i povećanja točnosti mjerenja.
Eötvösov efekat. Na niskim geografskim širinama, Coriolisova sila je pri kretanju duž zemljine površine usmjerena u vertikalnom smjeru i njeno djelovanje dovodi do povećanja ili smanjenja ubrzanja gravitacije, ovisno o tome da li se tijelo kreće na zapad ili istok. Ovaj efekat se zove Eötvös efekat u čast mađarskog fizičara Roland Eötvös , koji ga je eksperimentalno otkrio početkom 20. stoljeća.
Eksperimenti koristeći zakon održanja ugaonog momenta. Neki eksperimenti su zasnovani nazakon održanja ugaonog momenta : u inercijskom referentnom okviru, veličina ugaonog momenta (jednaka proizvodu moment inercije na ugaonu brzinu rotacije) se ne menja pod uticajem unutrašnjih sila. Ako u nekom početnom trenutku instalacija miruje u odnosu na Zemlju, tada je brzina njene rotacije u odnosu na inercijski referentni sistem jednaka ugaonoj brzini rotacije Zemlje. Ako promijenite moment inercije sistema, tada bi se trebala promijeniti kutna brzina njegove rotacije, odnosno početi rotacija u odnosu na Zemlju. U neinercijskom referentnom okviru povezanom sa Zemljom, rotacija se javlja kao rezultat Coriolisove sile. Ovu ideju je predložio francuski naučnik Louis Poinsot 1851
Prvi takav eksperiment je izveden Hagen 1910.: dva utega na glatkoj prečki postavljena su nepomično u odnosu na površinu Zemlje. Tada je razmak između tereta smanjen. Kao rezultat toga, instalacija se počela okretati. Njemački naučnik izveo je još pokazniji eksperiment. Hans Bucca (Hans Bucka) 1949. godine. Štap dužine oko 1,5 metara postavljen je okomito na pravougaoni okvir. U početku je štap bio horizontalan, instalacija je bila nepomična u odnosu na Zemlju. Zatim je štap doveden u vertikalni položaj, što je dovelo do promjene momenta inercije od približno 10 4 puta i njegovu brzu rotaciju sa ugaonom brzinom od 10 4 puta brzine Zemljine rotacije.
Lijevak u kadi. Budući da je Coriolisova sila vrlo slaba, ona ima zanemariv utjecaj na smjer vrtloga vode pri ispuštanju lavaboa ili kade, tako da općenito smjer rotacije u lijevu nije povezan sa rotacijom Zemlje. Međutim, u pažljivo kontroliranim eksperimentima moguće je izolirati učinak Coriolisove sile od drugih faktora: na sjevernoj hemisferi će se lijevak okretati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, na južnoj hemisferi u suprotnom smjeru (suprotno je istina).
Efekti Coriolisove sile: pojave u okolnoj prirodi
Baerov zakon. Kao što je akademik iz Sankt Peterburga prvi primetio Karl Baer 1857. rijeke erodiraju desnu obalu na sjevernoj hemisferi (lijevu obalu na južnoj hemisferi), koja se posljedično pokazuje strmijom ( Pivski zakon ). Objašnjenje efekta slično je objašnjenju za otklon projektila kada su ispaljeni u horizontalnom smjeru: pod utjecajem Coriolisove sile, voda jače udara u desnu obalu, što dovodi do njenog zamućenja i, obrnuto, povlači se iz leva obala.
|
Ciklon iznad jugoistočne obale Islanda (pogled iz svemira).Vjetrovi: pasati, cikloni, anticikloni. Atmosferski fenomeni su također povezani sa prisustvom Coriolisove sile, usmjerene udesno na sjevernoj hemisferi i lijevo na južnoj hemisferi: pasati, cikloni i anticikloni. Fenomen pasati je uzrokovana neravnomjernim zagrijavanjem nižih slojeva zemljine atmosfere u ekvatorijalnoj zoni i u srednjim geografskim širinama, što dovodi do strujanja zraka duž meridijana na jugu odnosno sjeveru na sjevernoj i južnoj hemisferi. Djelovanje Coriolisove sile dovodi do skretanja zračnih tokova: na sjevernoj hemisferi - prema sjeveroistoku (sjeveroistočni pasat), na južnoj hemisferi - prema jugoistoku (jugoistočni pasat). |
Ciklon nazvan atmosferski vrtlog sa smanjenim pritiskom vazduha u centru. Vazdušne mase, koje teže centru ciklona, pod uticajem Coriolisove sile, okreću se u suprotnom smeru kazaljke na satu na severnoj hemisferi i u smeru kazaljke na satu na južnoj hemisferi. Isto tako, in anticiklon , gdje je maksimalni pritisak u centru, prisustvo Coriolisove sile dovodi do vrtložnog kretanja u smjeru kazaljke na satu na sjevernoj hemisferi i suprotno od kazaljke na satu na južnoj hemisferi. U stacionarnom stanju, smjer kretanja vjetra u ciklonu ili anticikloni je takav da Coriolisova sila uravnotežuje gradijent tlaka između centra i periferije vrtloga (geostrofski vetar ).
Optički eksperimenti
Na osnovu brojnih eksperimenata koji pokazuju rotaciju Zemlje Sagnac efekat: ako je prstenasti interferometar vrši rotaciono kretanje, a zatim se zbog relativističkih efekata trake pomeraju za ugao
| Gdje A- površina prstena, c— brzina svjetlosti, omega — ugaona brzina rotacije. Ovaj efekat je iskoristio američki fizičar da demonstrira rotaciju Zemlje. Michelson u nizu eksperimenata izvedenih 1923–1925. U modernim eksperimentima koji koriste Sagnac efekat, rotacija Zemlje se mora uzeti u obzir da bi se kalibrirali prstenasti interferometri. |
Gimlet pravilo u životu delfina
Međutim, malo je vjerovatno da su delfini u stanju osjetiti ovu silu u tako malim razmjerima, piše MIGNews. Prema drugoj verziji Mengera, činjenica je da životinje plivaju u jednom smjeru kako bi ostale u grupi tokom relativne ranjivosti sati u polusnu. "Kada su delfini budni, koriste zviždanje da ostanu zajedno", objašnjava naučnik. "Ali kada spavaju, ne žele da prave buku jer se boje da ne privuku pažnju." Ali Menger ne zna zašto se izbor pravca menja u zavisnosti od hemisfere: „To je izvan mene“, priznaje istraživač.
Mišljenje amatera
Dakle, imamo skupštinu:
1. Coriolisova sila je jedna od
5. MAGNETNO POLJE- ovo je posebna vrsta materije kroz koju dolazi do interakcije između pokretnih električno nabijenih čestica.
6. MAGNETNA INDUKCIJA- ovo je karakteristika jačine magnetnog polja.
7. PRAVAC VODOVA MAGNETNE INDUKCIJE- određeno pravilom gimleta ili pravilom desne ruke.
9. Odstupanje tijela koja slobodno padaju od vertikale.
10. Lijevak u kadi
11. Efekat desne obale.
12. Delfini.
Eksperiment sa vodom izveden je na ekvatoru. Sjeverno od ekvatora, prilikom ispuštanja, voda se rotirala u smjeru kazaljke na satu, a južno od ekvatora u suprotnom smjeru. Činjenica da je desna obala viša od lijeve je zato što voda vuče stijenu prema gore.
Coriolisova sila nema nikakve veze sa rotacijom Zemlje!
Detaljan opis komunikacijskih cijevi sa satelitima, Mjesecom i Suncem dat je u monografiji “Hladna nuklearna fuzija”.
Postoje i efekti koji nastaju kada se smanje potencijali pojedinih frekvencija u komunikacijskim cijevima.
Efekti uočeni od 2007. godine:
Prilikom ispuštanja voda se rotirala i u smjeru kazaljke na satu i u smjeru suprotnom od kazaljke na satu; ponekad se odvod obavljao bez rotacije.
Delfini isplivali na obalu.
Nije bilo strujne transformacije (sve je na ulazu, ništa na izlazu).
Tokom transformacije, izlazna snaga je značajno premašila ulaznu snagu.
Spaljivanje trafo-stanica.
Kvarovi komunikacijskog sistema.
Pravilo gimleta nije funkcioniralo za magnetnu indukciju.
Golfska struja je nestala.
Planirano:
Zaustavljanje okeanskih struja.
Zaustavljanje reka koje se ulivaju u Crno more.
Zaustavljanje rijeka koje se ulivaju u Aralsko more.
Zaustavljanje Jeniseja.
Uklanjanje komunikacijskih cijevi će dovesti do pomjeranja planetarnih satelita u kružne orbite oko Sunca, radijus orbita će biti manji od polumjera orbite Merkura.
Uklanjanje komunikacijske cijevi sa Suncem znači gašenje korone.
Uklanjanje komunikacijske cijevi sa Mjesecom znači eliminisanje reprodukcije "zlatne milijarde" i "zlatnog miliona", dok se Mjesec "udaljava" od Zemlje za 1.200.000 km.
Centrifugalna sila inercije− inercijalna sila koja djeluje na tijelo (materijalnu tačku) koje se nalazi u rotirajućem referentnom okviru, a jednaka je: 
; Modul (vrijednost) centrifugalne sile inercije izračunava se po formuli: 
, gdje je tjelesna težina; − ugaona brzina rotacije sistema; − udaljenost od ose rotacije do tijela. Smjer vektora centrifugalne sile inercije uvijek je udaljen od ose rotacije.
Coriolisova sila− inercijalna sila koja djeluje na tijelo (materijalnu tačku) koje se kreće brzinom u odnosu na rotirajući referentni okvir, a jednaka je: 
; Modul (vrijednost) Coriolisove sile izračunava se po formuli: 
, gdje je tjelesna težina; − ugaona brzina rotacije sistema; − brzina tijela u odnosu na rotirajući referentni okvir; − ugao između vektora i . Smjer vektora Coriolisove sile određen je vektorskim proizvodom.
Razlog za pojavu Coriolisove sile je Coriolisovo (rotaciono) ubrzanje. U inercijalnim referentnim okvirima djeluje zakon inercije, odnosno svako tijelo teži pravolinijskom kretanju i konstantnom brzinom. Ako uzmemo u obzir kretanje tijela, ujednačeno duž određenog rotacionog radijusa i usmjereno od centra, postaje jasno da je potrebno tijelu dati ubrzanje, jer što je dalje od centra, da bi se ono dogodilo. tangencijalna brzina rotacije mora biti veća. To znači da će sa stanovišta rotacionog referentnog okvira neka sila pokušati da pomjeri tijelo iz radijusa.
Da bi se tijelo kretalo Koriolisovim ubrzanjem, potrebno je na tijelo primijeniti silu jednaku F = ma, gdje je a Koriolisovo ubrzanje. Prema tome, tijelo djeluje prema trećem Newtonovom zakonu sa silom u suprotnom smjeru. FK = − ma. Sila koja djeluje iz tijela nazvat će se Coriolisova sila. Coriolisovu silu ne treba brkati s drugom inercijskom silom - centrifugalnom silom, koja je usmjerena duž polumjera rotirajuće kružnice.
Ako se rotacija dogodi u smjeru kazaljke na satu, tada će tijelo koje se kreće od centra rotacije težiti da napusti polumjer ulijevo. Ako se rotacija dogodi u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, onda udesno.
Uslovi za ravnotežu krutog tijela. Vrste balansa.
1. ravnotežni uslov: ako je rezultanta svih sila primijenjenih na tijelo nula, tada se tijelo kreće ravnomjerno i pravolinijski (brzina = konstanta) ili miruje (brzina = 0).
2. ravnotežni uslov: ako je ukupan moment sila koje djeluju na tijelo jednak nuli, tada tijelo rotira jednoliko ili miruje.
Vrste balansa:
1 – stabilan ravnotežni položaj- stanje mehaničkog sistema, kada se ukloni iz kojeg nastaju sile u samom sistemu koje teže da ga vrate u ravnotežni položaj. U ovoj poziciji sistem ima minimalnu vrijednost potencijalne energije.
2 – nestabilna ravnotežna pozicija- stanje mehaničkog sistema, kada se ukloni iz kojeg nastaju sile u samom sistemu, koje teže da dovedu sistem još dalje od ravnotežnog položaja.
3 – ravnodušan položaj.
Prijatelji moji, jeste li se ikada zapitali zašto je na sjevernoj Zemljinoj hemisferi, u blizini rijeka koje teku bez oštrih krivina u prilično mekim stijenama, desna obala gotovo uvijek prilično strma, a lijeva mnogo ravnija? Ili zašto Golfska struja teče sjeverno duž obale Evrope, a ne Sjeverne Amerike? Ili zašto cikloni i anticikloni neprestano hodaju Zemljom?
Da biste odgovorili na sva ova pitanja, pripremite desnu ruku i raširite palac, kažiprst i srednji prst. Uz njihovu pomoć ćemo to shvatiti.
Kao što razumijemo, na svako tijelo koje miruje na Zemlji djeluje vrlo pristojna sila gravitacije i mala centrifugalna sila koja proizlazi iz rotacije Zemlje oko svoje ose. Njihov geometrijski zbir (prema pravilu paralelograma) je tačno okomit na površinu Zemlje (tačnije, na vodu koja miruje). Ovo je apsolutno tačno, ali samo za tijela u mirovanju.
Ali dalje kreće se Druga sila djeluje na Zemlju tijela. Called Coriolisova.
Da se Zemlja ne okreće oko svoje ose, onda jednostavno ne bi bilo Coriolisovih i centrifugalnih sila. Coriolisova sila u našem svakodnevnom životu je znatno manja od centrifugalne sile. I usmjeren je preko putanje tijela i preko ose rotacije Zemlje. Zato su nam potrebna tri prsta desne ruke. Palac treba da bude usmeren u pravcu kretanja tela, a kažiprst duž ose rotacije Zemlje od južnog pola prema severu. Tada će smjer Coriolisove sile biti naznačen srednjim prstom desne ruke.
Također ću primijetiti da je Coriolisova sila proporcionalna brzini tijela koje se kreće. I pretpostavit ću da je tijelo koje se kreće voda naše voljene Volge. Da je Volga stajaće vodeno tijelo, tada bi njena površina bila tačno okomita na ukupnu (gravitaciju i centrifugalnu) silu. Ali Volga teče od sjevera prema jugu (palac). Upirući kažiprst duž ose rotacije Zemlje, vidjet ćemo da je srednji prst (Coriolisova sila) usmjeren prema desnoj obali Volge. Odavde je jasno da Koriolisova sila pritiska vodu Volge na njenu desnu obalu. Koliko?
Neću vas zamarati formulama i proračunima. Pretpostavimo samo da je brzina Volge struje = 1 m/sec, a njena širina = 1 km. Tada jednostavna procjena pokazuje da bi na desnoj obali Volge nivo vode trebao biti otprilike 1 (jedan) centimetar viši nego na lijevoj. A da je trenutna brzina = 2 m/sec, tada bi nivo vode na desnoj obali bio 2 cm veći nego na lijevoj.
A pošto su obale Volge sastavljene uglavnom od mekih stijena, to je desna obala koja je potkopana strujom. Što ga čini hladnijim. A tok Volge se izuzetno sporo pomiče prema zapadu.
Oni koji žive na obalama rijeka koje teku na sjever mogu na isti način razumjeti zašto su desne obale ovih rijeka, po pravilu, strmije od lijeve. Naravno, ako su obale rijeka formirane od prilično tvrdih (kamenih) stijena, onda rasprave o strmini obala gube na važnosti. Jednostavno zato što nije sve podložno tekućoj vodi.
Ako sada pogledamo Golfsku struju, koja teče od juga ka sjeveru, onda će evropska obala biti na desnoj strani, a sjevernoamerička na lijevoj. Stoga je Golfska struja pritisnuta protiv Evrope od strane te iste Koriolisove sile. Možda zato ne treba previše vjerovati apokaliptičnim prognozama o nestanku Golfske struje i zamrzavanju Evrope.
Što se tiče ciklona i anticiklona, ovo je tema za poseban post.
Efekat Coriolisove sile dolazi do primetne pri snimanju na veoma velikim udaljenostima kao što je prikazano na slici. Kretanje Zemlje oko svoje ose pomera metu tokom leta metka.
Kada ste na streljani, tlo na kojem stojite izgleda stabilno. Ali u stvari, to je velika sfera koja leti u svemiru i istovremeno rotira oko svoje ose, sa jednom punom rotacijom svaka 24 sata. Rotacija zemlje može predstavljati probleme za strijelce na ultradalekometima. Tokom dugog leta metka, rotacija planete uzrokuje jasno odstupanje mete od putanje metka kada se puca na velike udaljenosti. To se u balistici naziva korelacijski efekat ili korelacijski efekat.
Bryan Litz iz Applied Ballistics objavio je kratki video u kojem objašnjava učinak Coriolisove sile. Brian napominje da je ovaj efekat "veoma mali. Strijelci vole preuveličavati njegovu snagu jer djeluje vrlo misteriozno." U većini slučajeva kada se puca do ~1000 m, Coriolisovu silu nije važno uzeti u obzir. Ako koristite američki sistem korekcije (1/4 MOA = ~1" inča na 100 jardi) na 1000 jardi (914,4 m), efekat se može ispraviti na nisku jednim klikom (za većinu patrona). Čak i nakon označavanja At 1000 jardi u uslovima većeg vetra, efekat Coriolisove sile može se „izgubiti u buci“. Ali u veoma povoljnim uslovima bez vetra na daljinu, Brian tvrdi da je moguće postići prednost u preciznosti korišćenjem balističkih rešenja koja uzimaju u obzir efekat korelacije.
Brian nastavlja: "Efekat Coriolisove sile... povezan je sa rotacijom Zemlje. Vi u suštini pucate iz jedne tačke u drugu na rotirajućoj sferi, u inercijskom koordinatnom sistemu. Posljedice će biti da ako vrijeme leta metka ako je dovoljno dugačak, metak će biti odnesen od ciljane mete. Količina ovog rušenja je vrlo mala - zavisi od geografske širine i smjera vatre u odnosu na planet."
Efekat Coriolisove sile je veoma teško otkriti. Sa prosječnim BC i brzinom, imat ćete na raspolaganju do 1000 jardi dometa prije nego što budete mogli podesiti nišan jednim klikom. Brian kaže: "Korelacijski efekat NIJE nešto o čemu treba razmišljati kada se puca na metu koja se kreće, NIJE nešto o čemu treba razmišljati kada se puca na jakom vjetru, jer postoje uvjeti koji će imati očigledniji učinak, a efekat Coriolisove sile odvratiće vam pažnju." od njih."
"Tamo gdje zaista možete razmišljati o korištenju ovog efekta, koristite ga kontinuirano i to će utjecati na vaše performanse kada gađate na ultra velike udaljenosti na relativno male mete u uslovima slabog vjetra. Kada znate brzinu metka i balistički koeficijent vrlo pa savršeni uslovi, onda ćete primetiti uticaj Coriolisove sile. Dobićete više za svoj novac ako ovu silu uzmete u obzir samo u gornjim slučajevima. Ali u većini slučajeva praktičnog gađanja na velike udaljenosti, Coriolisova sila NIJE to Ono što je zaista važno jeste da razumete svoje prioritete u snimanju i da ih uzmete u obzir u procesu."
Coriolisova sila
Jedinstvenost svijeta rotirajućih sistema nije ograničena na postojanje radijalnih sila gravitacije. Upoznajmo se sa još jednim zanimljivim efektom, čiju je teoriju 1835. dao Francuz Coriolis.
Postavimo sebi sljedeće pitanje: kako izgleda pravolinijsko kretanje sa stanovišta rotirajuće laboratorije? Plan takvog laboratorija prikazan je na sl. 26. Prava koja prolazi kroz centar pokazuje pravolinijsku putanju tijela. Razmatramo slučaj kada put tijela prolazi kroz centar rotacije naše laboratorije. Disk na kojem se nalazi laboratorij rotira jednoliko; Na slici je prikazano pet laboratorijskih pozicija u odnosu na pravolinijsku putanju. Ovako izgleda relativni položaj laboratorije i putanje tijela kroz jedan, dva, tri itd. sekundi. Laboratorija se, kao što vidite, rotira suprotno od kazaljke na satu kada se gleda odozgo.
Na liniji putanje nalaze se strelice koje odgovaraju segmentima koje tijelo prolazi u jednom, dva, tri, itd. sekundi. Za svaku sekundu tijelo pređe isti put, budući da je riječ o ravnomjernom i pravolinijskom kretanju (sa stanovišta stacionarnog posmatrača).
Zamislite da je tijelo u pokretu svježe obojena lopta koja se kotrlja po disku. Kakav će trag ostati na disku? Naša konstrukcija daje odgovor na ovo pitanje. Tačke označene krajevima strelica sa pet crteža prenose se na jedan crtež. Sve što ostaje je da povežete ove tačke glatkom krivom. Rezultat konstrukcije nas neće iznenaditi: pravolinijsko i ravnomjerno kretanje izgleda krivolinijsko sa stanovišta rotacionog posmatrača. Pažnju privlači sljedeće pravilo: tijelo u pokretu skreće skroz udesno u smjeru kretanja. Pretpostavimo da se disk rotira u smjeru kazaljke na satu i ostavimo čitaču da ponovi konstrukciju. Pokazat će da u ovom slučaju tijelo koje se kreće, sa stanovišta rotacionog posmatrača, skreće ulijevo u smjeru kretanja.
Znamo da se u rotirajućim sistemima pojavljuje centrifugalna sila. Međutim, njegovo djelovanje ne može uzrokovati zakrivljenost staze - na kraju krajeva, usmjereno je duž radijusa. To znači da u rotirajućim sistemima, pored centrifugalne sile, nastaje i dodatna sila. Zove se Coriolisova sila.
Zašto u prethodnim primjerima nismo naišli na Coriolisovu silu i dobro se snašli sa centrifugalnom silom? Razlog je u tome što još nismo razmatrali kretanje tijela sa stanovišta rotirajućeg posmatrača. A Coriolisova sila se pojavljuje samo u ovom slučaju. Na tijela koja miruju u rotirajućem sistemu djeluje samo centrifugalna sila. Sto rotirajuće laboratorije pričvršćen je za pod - na njega djeluje jedna centrifugalna sila. A na loptu koja je pala sa stola i otkotrljala se po podu rotirajuće laboratorije, osim centrifugalne sile, djeluje i Coriolisova sila.
Od kojih veličina zavisi Coriolisova sila? Može se izračunati, ali su kalkulacije previše složene da bi se ovdje prikazale. Stoga ćemo opisati samo rezultat proračuna.
Za razliku od centrifugalne sile, čija vrijednost ovisi o udaljenosti do ose rotacije, Coriolisova sila ne ovisi o položaju tijela. Njegova veličina je određena brzinom kretanja tijela, i to ne samo veličinom brzine, već i njegovim smjerom u odnosu na os rotacije. Ako se tijelo kreće duž ose rotacije, tada je Coriolisova sila nula. Što je veći ugao između vektora brzine i ose rotacije, veća je Coriolisova sila; Sila će poprimiti svoju maksimalnu vrijednost kada se tijelo kreće pod pravim uglom u odnosu na os.
Kao što znamo, vektor brzine se uvijek može razložiti na bilo koju komponentu i posebno razmotriti dva pokreta u nastajanju u kojima tijelo istovremeno učestvuje.
Ako brzinu tijela razložimo na njegove komponente
– paralelno i okomito na os rotacije, tada prvo kretanje neće biti podložno Coriolisovoj sili. Vrijednost Coriolisove sile F k će biti određen komponentom brzine
Proračuni vode do formule
Evo m– tjelesnu težinu, i n– broj obrtaja koji napravi rotirajući sistem u jedinici vremena. Kao što se može vidjeti iz formule, Coriolisova sila je veća, što se sistem brže rotira i što se tijelo brže kreće.
Proračuni također utvrđuju smjer Coriolisove sile. Ova sila je uvijek okomita na os rotacije i na smjer kretanja. U ovom slučaju, kao što je gore spomenuto, sila je usmjerena udesno duž smjera kretanja u sistemu koji rotira suprotno od kazaljke na satu.
Djelovanje Coriolisove sile objašnjava mnoge zanimljive pojave na Zemlji. Zemlja je lopta, a ne disk. Stoga su manifestacije Coriolisovih sila složenije.
Ove sile će uticati i na kretanje duž površine zemlje i na pad tela na zemlju.
Da li tijelo pada strogo vertikalno? Ne baš. Samo na polu tijelo pada strogo okomito. Smjer kretanja i osa rotacije Zemlje se poklapaju, pa nema Coriolisove sile. Situacija je drugačija na ekvatoru; ovdje je smjer kretanja pod pravim uglom u odnosu na zemljinu os. Kada se posmatra sa sjevernog pola, Zemljina rotacija se pojavljuje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. To znači da slobodno padajuće tijelo mora skrenuti udesno po smjeru kretanja, tj. na istok. Veličina istočnog odstupanja, najvećeg na ekvatoru, opada na nulu kako se čovjek približava polovima.
Izračunajmo količinu devijacije na ekvatoru. Budući da se tijelo koje slobodno pada kreće ravnomjernim ubrzanjem, Coriolisova sila raste kako se približava tlu. Stoga ćemo se ograničiti na približne proračune. Ako tijelo padne sa visine od, recimo, 80 m, tada pad traje oko 4 s (prema formuli t= sqrt(2 h/g)). Prosječna brzina tokom pada iznosiće 20 m/s.
Zamijenit ćemo ovu vrijednost brzine u Coriolisovu formulu ubrzanja 4? nv. Značenje n= 1 okret u 24 sata će se pretvoriti u okretaje u sekundi. Postoji 24·3600 sekundi u 24 sata, što znači n je jednako 1/86400 r/s i stoga je ubrzanje koje stvara Coriolisova sila jednako?/1080 m/s 2. Put koji se pređe sa takvim ubrzanjem za 4 s jednak je (1/2)·(?/1080)·4 2 = 2,3 cm Ovo je vrijednost istočnog odstupanja za naš primjer. Tačan izračun, uzimajući u obzir neravnine pada, daje nešto drugačiju cifru - 3,1 cm.
Ako je otklon tijela pri slobodnom padu maksimalni na ekvatoru, a jednak nuli na polovima, tada ćemo u slučaju otklona pod utjecajem Coriolisove sile tijela koje se kreće u horizontalnoj ravni uočiti suprotnu sliku.
Horizontalna platforma na sjevernom ili južnom polu ne razlikuje se od rotirajućeg diska s kojim smo započeli naše proučavanje Coriolisove sile. Tijelo koje se kreće duž takve platforme će biti skrenuto Coriolisovom silom udesno dok se kreće na sjevernom polu i ulijevo dok se kreće na južnom polu. Čitalac može lako izračunati, koristeći istu formulu za Coriolisovo ubrzanje, da će metak ispaljen iz pištolja s početnom brzinom od 500 m/s odstupiti od mete u horizontalnoj ravni u jednoj sekundi (tj. duž putanje od 500 m) segmentom jednakim 3,5 cm.
Ali zašto bi devijacija u horizontalnoj ravni na ekvatoru bila nula? Bez rigoroznih dokaza, jasno je da to mora biti tako. Na sjevernom polu tijelo u kretanju skreće udesno, na južnom - ulijevo, što znači da se nalazi u sredini između polova, tj. na ekvatoru, devijacija će biti nula.
Prisjetimo se eksperimenta s Foucaultovim klatnom. Klatno koje oscilira na polu održava ravan svojih oscilacija. Zemlja se, rotirajući, udaljava ispod klatna. Ovo je objašnjenje koje je Foucaultovom iskustvu dao posmatrač zvijezda. A posmatrač koji rotira oko globusa objasniće ovo iskustvo Koriolisovom silom. Zaista, Coriolisova sila je usmjerena okomito na Zemljinu osu i okomito na smjer kretanja klatna; drugim riječima, sila je okomita na ravan oscilacije klatna i kontinuirano će rotirati ovu ravan. Možete učiniti da kraj klatna nacrta putanju kretanja. Putanja je "rozeta" prikazana na sl. 27. Na ovoj slici, tokom jednog i po perioda oscilacije klatna, „Zemlja“ rotira za četvrtinu obrtaja. Foucaultovo klatno se okreće mnogo sporije. Na polu, ravan oscilovanja klatna će se rotirati za 1/4 stepena u jednoj minuti. Na sjevernom polu ravan će se rotirati udesno duž puta klatna, na južnom polu će se rotirati ulijevo.
Na geografskim širinama srednje Evrope Coriolisov efekat će biti nešto manji nego na ekvatoru. Metak u primjeru koji smo upravo naveli neće se skrenuti za 3,5 cm, već za 2,5 cm.Fukoovo klatno će se rotirati za oko 1/6 stepena u jednoj minuti.
Trebaju li topnici uzeti u obzir Coriolisovu snagu? Pištolj Bertha, iz kojeg su Nijemci pucali na Pariz tokom Prvog svjetskog rata, bio je 110 km od cilja. Coriolisovo odstupanje u ovom slučaju dostiže 1600 m. Ovo više nije mala vrijednost.
Ako se leteći projektil pošalje na veliku udaljenost bez uzimanja u obzir Coriolisove sile, značajno će odstupiti od svog kursa. Ovaj efekat je veliki ne zato što je sila velika (za projektil od 10 tona sa brzinom od 1000 km/h Coriolisova sila će biti oko 25 kg), već zato što sila deluje kontinuirano dugo vremena.
Naravno, učinak vjetra na nevođeni projektil ne može biti ništa manje značajan. Korekcija smjera koju daje pilot je zbog djelovanja vjetra, Coriolisovog efekta i nesavršenosti aviona ili projektila.
Koji stručnjaci, osim avijatičara i topnika, trebaju uzeti u obzir Coriolisov efekat? To uključuje, začudo, željezničare. Na željeznici se jedna šina, pod uticajem Koriolisove sile, iznutra haba mnogo više od druge. Jasno nam je koja: na sjevernoj hemisferi to će biti desna šina (u pravcu kretanja), na južnoj hemisferi će biti lijeva. Samo željezničari ekvatorijalnih zemalja su lišeni muke u tom pogledu.
Erozija desnih obala na sjevernoj hemisferi objašnjava se na isti način kao i abrazija šina.
Devijacije kanala su u velikoj mjeri povezane s djelovanjem Coriolisove sile. Ispostavilo se da rijeke sjeverne hemisfere zaobilaze prepreke s desne strane.
Poznato je da se vazdušni tokovi usmjeravaju u područja niskog pritiska. Ali zašto se takav vjetar naziva ciklon? Uostalom, korijen ove riječi označava kružno (ciklično) kretanje.
Ovako je to - u području niskog pritiska dolazi do kružnog kretanja vazdušnih masa (Sl. 28). Razlog je djelovanje Coriolisove sile. Na sjevernoj hemisferi svi vazdušni tokovi koji jure prema mjestu niskog tlaka u svom kretanju odstupaju udesno. Pogledajte sl. 29 - vidite da to dovodi do odstupanja vjetrova (pasata) koji duvaju u obje hemisfere od tropa prema ekvatoru na zapadu.
Zašto tako mala sila igra tako veliku ulogu u kretanju vazdušnih masa?
Ovo se objašnjava beznačajnošću sila trenja. Vazduh je lako pokretan, a mala, ali stalno delujuća sila dovodi do važnih posledica.
Iz knjige Fizika: Paradoksalna mehanika u pitanjima i odgovorima autor Gulija Nurbej Vladimirovič4. Kretanje i snaga
Iz knjige Najnovija knjiga činjenica. Tom 3 [Fizika, hemija i tehnologija. Istorija i arheologija. razno] autor Kondrašov Anatolij Pavlovič Iz knjige Povratak čarobnjaka autor Keler Vladimir RomanovičVelika moć „sitnica“ Dugme na haljini Lenočke Kazakove možda će otpasti, ali to je neće sprečiti da bude Lenočka Kazakova. Zakoni nauke, posebno zakoni fizike, ne dozvoljavaju ni najmanju aljkavost. Koristeći analogiju, možemo reći da zakoni
Iz knjige Međuplanetarna putovanja [Letovi u svemir i dosezanje nebeskih tijela] autor Perelman Jakov IsidorovičNajtajanstvenija sila prirode Da ne spominjemo koliko malo nade imamo da ćemo ikada pronaći supstancu neprobojnu za gravitaciju. Uzrok gravitacije nam je nepoznat: od vremena Njutna, koji je otkrio ovu silu, nismo došli ni korak bliže razumevanju njene unutrašnje suštine. Bez
Iz knjige Fizika na svakom koraku autor Perelman Jakov IsidorovičKonjska snaga i performanse konja Često čujemo izraz „konja“ i navikli smo na njega. Stoga malo ljudi shvaća da je ovo drevno ime potpuno netačno. „Konjska snaga“ nije snaga, već snaga, pa čak ni konjska snaga. Moć je
Iz knjige Pokret. Toplota autor Kitaygorodsky Aleksandar IsaakovičSnaga zvuka Kako zvuk slabi s rastojanjem? Fizičar će vam reći da zvuk opada „obrnuto kao kvadrat udaljenosti“. To znači sljedeće: da bi se zvuk zvona čuo na trostrukoj udaljenosti jednako glasno kao na jednoj udaljenosti, potrebno je istovremeno
Iz knjige Za mlade fizičare [Eksperimenti i zabava] autor Perelman Jakov IsidorovičSila je vektor Sila, kao i brzina, je vektorska veličina. Na kraju krajeva, uvijek djeluje u određenom smjeru. To znači da se sile moraju formirati prema pravilima o kojima smo upravo govorili.Često u životu viđamo primjere koji ilustruju vektor
Iz knjige Ko je izumio modernu fiziku? Od Galileovog klatna do kvantne gravitacije autor Gorelik Genady EfimovichUbrzanje i sila Ako na tijelo ne djeluju sile, ono se može kretati samo bez ubrzanja. Naprotiv, djelovanje sile na tijelo dovodi do ubrzanja, a ubrzanje tijela će biti veće što je sila veća. Što prije želimo da pokrenemo kolica s teretom, to
Iz knjige Kako razumjeti složene zakone fizike. 100 jednostavnih i zabavnih eksperimenata za djecu i njihove roditelje autor Dmitriev Aleksandar StanislavovičSila i potencijalna energija tokom oscilovanja Tokom bilo koje oscilacije u blizini ravnotežnog položaja, sila deluje na telo, "želeći" da vrati telo u ravnotežni položaj. Kako se tačka udaljava od svog ravnotežnog položaja, sila se usporava kako se tačka približava
Iz knjige Hyperspace od Kaku Michio2. Centrifugalna sila Otvorite kišobran, naslonite njegov kraj na pod, zavrtite ga i ubacite unutra loptu, zgužvani papir, maramicu - općenito, neki lagani i nelomljivi predmet. Videćete da izgleda da kišobran ne želi da prihvati poklon: loptu ili samu papirnatu loptu
Iz knjige autora Iz knjige autoraPoglavlje 3 Gravitacija – prva fundamentalna sila Od neba do zemlje i nazad U modernoj fizici govore o četiri fundamentalne sile. Sila gravitacije je prva otkrivena. Zakon univerzalne gravitacije, poznat školarcima, određuje silu privlačenja F između bilo koje mase
Iz knjige autora73 Sila u centimetrima ili vizualno Hukov zakon Za eksperiment će nam trebati: balon, flomaster. Hookeov zakon se uči u školi. Postojao je poznati naučnik koji je proučavao stišljivost objekata i supstanci i izveo svoj zakon. Ovaj zakon je vrlo jednostavan: to smo jači
Iz knjige autoraSila = geometrija Uprkos stalnim bolestima, Riemann je na kraju promijenio postojeće ideje o značenju sile. Još od vremena Njutna, naučnici smatraju da je sila trenutna interakcija tela udaljenih jedno od drugog. Fizičari su to nazvali "akcija dugog dometa", što je značilo
