29. Force de Coriolis
La force la plus terrible qui n'a pas besoin de gravitons
Premièrement, que sait le monde scientifique de la force de Coriolis ?
Lorsque le disque tourne, les points les plus éloignés du centre se déplacent avec une vitesse tangentielle plus élevée que les points moins éloignés (un groupe de flèches noires le long du rayon). Vous pouvez déplacer un corps le long du rayon pour qu'il reste sur le rayon (flèche bleue de la position « A » à la position « B ») en augmentant la vitesse du corps, c'est-à-dire en lui donnant une accélération. Si cadre de réference tourne avec le disque, il est clair que le corps "ne veut pas" rester au rayon, mais "essaye" d'aller vers la gauche - c'est la force de Coriolis.
Trajectoires d'une balle se déplaçant le long de la surface d'un plateau en rotation dans différents systèmes de référence (au-dessus - en inertiel, en bas - en non-inertiel).
force de Coriolis- un des forces d'inertie existant dans système de référence non inertiel en raison de la rotation et des lois de l'inertie , se manifestant lors d'un déplacement dans une direction faisant un angle par rapport à l'axe de rotation. Nommé d'après le scientifique françaisGustave Gaspard Coriolis , qui l'a décrit le premier. L'accélération de Coriolis a été obtenue par Coriolis en 1833, Gauss en 1803 et Euler en 1765.
La raison de l'apparition de la force de Coriolis est l'accélération de Coriolis (rotative). DANSsystèmes de référence inertiels la loi de l'inertie s'applique , c'est-à-dire que chaque corps tend à se déplacer en ligne droite et avec une vitesse constante vitesse . Si l'on considère le mouvement d'un corps, uniforme le long d'un certain rayon de rotation et dirigé depuis le centre, il devient clair que pour qu'il ait lieu, il faut donner au corps accélération , car plus on s'éloigne du centre, plus la vitesse de rotation tangentielle doit être grande. Cela signifie que du point de vue du référentiel rotatif, une certaine force tentera de déplacer le corps du rayon.
Pour qu’un corps se déplace avec l’accélération de Coriolis, il faut lui appliquer une force égale à F = maman, Où un— Accélération de Coriolis. En conséquence, le corps agit selon Troisième loi de Newton avec une force dans la direction opposée.FK = — maman.
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La force qui agit à partir du corps sera appelée force de Coriolis. La force de Coriolis ne doit pas être confondue avec une autre force d'inertie - force centrifuge , qui est dirigé le long rayon du cercle tournant. Si la rotation se produit dans le sens des aiguilles d'une montre, alors un corps s'éloignant du centre de rotation aura tendance à quitter le rayon vers la gauche. Si la rotation se produit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, alors vers la droite. |
Le règne de Joukovski
| Accélération de Coriolis peut être obtenu en projetant le vecteur vitesse d'un point matériel dans un référentiel non inertiel à un plan perpendiculaire au vecteur vitesse angulaire du système de référence non inertiel , augmentant la projection résultante de une fois et faites-le pivoter de 90 degrés dans le sens de rotation du portable. | N.E. Joukovski une formulation verbale de la définition de la force de Coriolis, pratique pour une utilisation pratique, a été proposée |
Ajouts :
Règle de la vrille
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Fil droit avec courant. Le courant (I) circulant dans un fil crée un champ magnétique (B) autour du fil.Règle de la vrille(aussi, règle de la main droite) - mnémonique règle pour déterminer la direction d'un vecteurvitesse angulaire , caractérisant la vitesse de rotation du corps, ainsi que le vecteurinduction magnétique B ou pour déterminer la directioncourant induit . Règle de la main droite Règle de la vrille: « Si la direction du mouvement de translation vrille (vis) ) coïncide avec le sens du courant dans le conducteur, alors le sens de rotation de la poignée vrille coïncide avec le sensvecteur d'induction magnétique “. |
Détermine la direction du courant induit dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique
Règle de la main droite: "Si la paume de la main droite est positionnée de manière à ce que les lignes de champ magnétique y pénètrent et que le pouce plié soit dirigé le long du mouvement du conducteur, alors 4 doigts tendus indiqueront la direction du courant d'induction."
Pour solénoïde il est formulé comme suit : « Si vous saisissez le solénoïde avec la paume de votre main droite de manière à ce que quatre doigts soient dirigés le long du courant dans les spires, alors le pouce étendu indiquera la direction des lignes de champ magnétique à l'intérieur du solénoïde.
Règle de la main gauche
Si la charge est en mouvement et que l'aimant est au repos, alors la règle de la main gauche s'applique pour déterminer la force : « Si la main gauche est positionnée de manière à ce que les lignes d'induction du champ magnétique pénètrent dans la paume perpendiculairement à elle et que les quatre doigts soient dirigés le long du courant (le long du mouvement d'une particule chargée positivement ou contre un mouvement chargé négativement), alors le pouce placé à 90° indiquera la direction de la force de Lorentz ou d'Ampère agissant.
UN CHAMP MAGNÉTIQUE
PROPRIÉTÉS DU CHAMP MAGNÉTIQUE (STATIONNAIRE)
Permanent (ou stationnaire) Un champ magnétique est un champ magnétique qui ne change pas dans le temps.
1. Champ magnétique est créé particules et corps chargés en mouvement, conducteurs porteurs de courant, aimants permanents.
2. Champ magnétique valide sur des particules et des corps chargés en mouvement, sur des conducteurs sous courant, sur des aimants permanents, sur un cadre sous courant.
3. Champ magnétique vortex, c'est à dire. n'a aucune source.
FORCES MAGNÉTIQUES- ce sont les forces avec lesquelles les conducteurs porteurs de courant agissent les uns sur les autres.
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INDUCTION MAGNÉTIQUE
Le vecteur induction magnétique est toujours orienté de la même manière qu’une aiguille magnétique en rotation libre est orientée dans un champ magnétique.
LIGNES À INDUCTION MAGNÉTIQUE - ce sont des droites tangentes auxquelles en tout point se trouve le vecteur induction magnétique.
Champ magnétique uniforme– il s'agit d'un champ magnétique dans lequel en tout point le vecteur induction magnétique est constant en amplitude et en direction ; observé entre les plaques d'un condensateur plat, à l'intérieur d'un solénoïde (si son diamètre est beaucoup plus petit que sa longueur) ou à l'intérieur d'une bande magnétique.
PROPRIÉTÉS DES LIGNES À INDUCTION MAGNÉTIQUE
– avoir une direction ;
– continu;
– fermé (c'est-à-dire que le champ magnétique est vortex) ;
– ne se croisent pas ;
– leur densité est utilisée pour juger de l’ampleur de l’induction magnétique.
Règle de la vrille(principalement pour un conducteur droit porteur de courant) :
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Si la direction du mouvement de translation de la vrille coïncide avec la direction du courant dans le conducteur, alors le sens de rotation de la poignée de la vrille coïncide avec la direction des lignes de champ magnétique du courant.Règle de la main droite (principalement pour déterminer la direction des lignes magnétiques à l'intérieur du solénoïde) :Si vous saisissez le solénoïde avec la paume de votre main droite de manière à ce que quatre doigts soient dirigés le long du courant dans les tours, le pouce étendu indiquera la direction des lignes de champ magnétique à l'intérieur du solénoïde. |
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Il existe d'autres applications possibles des règles de la vrille et de la main droite. |
 
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PUISSANCE D'AMPLI est la force avec laquelle un champ magnétique agit sur un conducteur porteur de courant.Le module ampère-force est égal au produit de l'intensité du courant dans le conducteur par l'amplitude du vecteur induction magnétique, la longueur du conducteur et le sinus de l'angle entre le vecteur induction magnétique et la direction du courant dans le conducteur. .La force Ampère est maximale si le vecteur induction magnétique est perpendiculaire au conducteur.Si le vecteur induction magnétique est parallèle au conducteur, alors le champ magnétique n'a aucun effet sur le conducteur parcouru par le courant, c'est-à-dire La force d'Ampère est nulle.Direction de la force ampère déterminé par règle de la main gauche : |
Si la main gauche est positionnée de manière à ce que la composante du vecteur d'induction magnétique perpendiculaire au conducteur pénètre dans la paume et que 4 doigts étendus soient dirigés dans la direction du courant, alors le pouce plié à 90 degrés indiquera la direction de la force agissant sur le conducteur porteur de courant.
Ainsi, dans le champ magnétique d'un conducteur droit avec courant (il est non uniforme), le cadre avec courant est orienté le long du rayon de la ligne magnétique et est attiré ou repoussé par le conducteur droit avec courant, selon la direction de les courants.
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Direction de la force de Coriolis sur une Terre en rotation.Force centrifuge , agissant sur un corps de masse m, modulo égal à F pr = Mo 2 r, où b = oméga – vitesse angulaire de rotation et r— distance à l'axe de rotation. Le vecteur de cette force se situe dans le plan de l'axe de rotation et est dirigé perpendiculairement à celui-ci. Ordre de grandeur Forces de Coriolis , agissant sur une particule se déplaçant avec vitesse par rapport à un référentiel tournant donné, est donné par, où alpha est l'angle entre les vecteurs de vitesse des particules et la vitesse angulaire du référentiel. Le vecteur de cette force est dirigé perpendiculairement aux deux vecteurs et à droite de la vitesse du corps (déterminée parrègle de la vrille ). |
Effets de force de Coriolis : expériences en laboratoire
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Pendule de Foucault au pôle Nord. L'axe de rotation de la Terre se situe dans le plan d'oscillation du pendule.Pendule de Foucault . Une expérience démontrant clairement la rotation de la Terre a été réalisée en 1851 par un physicien français Léon Foucault . Sa signification est que le plan d'oscillationpendule mathématique est constant par rapport au référentiel inertiel, en l'occurrence par rapport aux étoiles fixes. Ainsi, dans le référentiel associé à la Terre, le plan d'oscillation du pendule doit tourner. Du point de vue d'un référentiel non inertiel associé à la Terre, le plan d'oscillation du pendule de Foucault tourne sous l'influence de la force de Coriolis.Cet effet devrait s'exprimer le plus clairement aux pôles, où la période de rotation complète du plan du pendule est égale à la période de rotation de la Terre autour de son axe (jour sidéral). En général, la période est inversement proportionnelle au sinus de la latitude ; à l'équateur, le plan d'oscillation du pendule est inchangé. |
Actuellement Pendule de Foucault démontré avec succès dans un certain nombre de musées scientifiques et de planétariums, en particulier au planétariumSaint-Pétersbourg , planétarium de Volgograd.
Il existe un certain nombre d’autres expériences avec des pendules utilisées pour prouver la rotation de la Terre. Par exemple, dans l'expérience Bravais (1851), il a été utilisépendule conique . La rotation de la Terre a été prouvée par le fait que les périodes d'oscillation dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre étaient différentes, puisque la force de Coriolis dans ces deux cas avait un signe différent. En 1853 Gauss suggéré d'utiliser un pendule non mathématique, comme Foucault, un physicien , ce qui permettrait de réduire la taille du dispositif expérimental et d'augmenter la précision de l'expérience. Cette idée a été mise en œuvre Kamerlingh Onnes en 1879
Gyroscope– un corps en rotation avec un moment d'inertie important conserve son moment cinétique s'il n'y a pas de fortes perturbations. Foucault, fatigué d'expliquer ce qui arrive à un pendule de Foucault qui n'est pas au pôle, a développé une autre démonstration : un gyroscope suspendu maintenait son orientation, ce qui signifie qu'il tournait lentement par rapport à l'observateur.
Déviation des projectiles lors du tir des armes à feu. Une autre manifestation observable de la force de Coriolis est la déviation des trajectoires des projectiles (vers la droite dans l'hémisphère nord, vers la gauche dans l'hémisphère sud) tirés dans une direction horizontale. Du point de vue du référentiel inertiel, pour les projectiles tirés selon méridien , cela est dû à la dépendance de la vitesse linéaire de rotation de la Terre sur la latitude géographique : lors du déplacement de l'équateur au pôle, le projectile conserve la composante horizontale de la vitesse inchangée, tandis que la vitesse linéaire de rotation des points sur le la surface terrestre diminue, ce qui entraîne un déplacement du projectile du méridien dans le sens de la rotation de la Terre. Si le tir a été tiré parallèlement à l'équateur, le déplacement du projectile par rapport au parallèle est dû au fait que la trajectoire du projectile se situe dans le même plan que le centre de la Terre, tandis que les points à la surface de la Terre se déplacent dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la Terre.
Déviation des corps en chute libre par rapport à la verticale. Si la vitesse d'un corps a une composante verticale importante, la force de Coriolis est dirigée vers l'est, ce qui entraîne une déviation correspondante de la trajectoire d'un corps tombant librement (sans vitesse initiale) d'une haute tour. Considéré dans un référentiel inertiel, l'effet s'explique par le fait que le sommet de la tour par rapport au centre de la Terre se déplace plus rapidement que la base, grâce à quoi la trajectoire du corps s'avère être une parabole étroite et le corps est légèrement en avant de la base de la tour.
Cet effet était prévu Newton en 1679. En raison de la complexité de mener des expériences pertinentes, l'effet n'a pu être confirmé qu'à la fin du XVIIIe - première moitié du XIXe siècle (Guglielmini, 1791 ; Benzenberg, 1802 ; Reich, 1831).
astronome autrichien Johann Hagen (1902) ont réalisé une expérience qui était une modification de cette expérience, où au lieu de poids tombant librement, ils ont été utilisés La voiture d'Atwood . Cela a permis de réduire l'accélération de la chute, ce qui a conduit à une réduction de la taille du dispositif expérimental et à une augmentation de la précision des mesures.
L'effet Eötvös. Aux basses latitudes, la force de Coriolis lorsqu'elle se déplace le long de la surface terrestre est dirigée dans le sens vertical et son action entraîne une augmentation ou une diminution de l'accélération de la gravité, selon que le corps se déplace vers l'ouest ou l'est. Cet effet est appelé Effet Eötvös en l'honneur du physicien hongrois Roland Eötvös , qui l'a découvert expérimentalement au début du XXe siècle.
Expériences utilisant la loi de conservation du moment cinétique. Certaines expériences sont basées surloi de conservation du moment cinétique : dans un référentiel inertiel, la grandeur du moment cinétique (égal au produit moment d'inertie à la vitesse angulaire de rotation) ne change pas sous l'influence des forces internes. Si à un instant initial l'installation est stationnaire par rapport à la Terre, alors la vitesse de sa rotation par rapport au référentiel inertiel est égale à la vitesse angulaire de rotation de la Terre. Si vous modifiez le moment d'inertie du système, la vitesse angulaire de sa rotation devrait changer, c'est-à-dire que la rotation par rapport à la Terre commencera. Dans un référentiel non inertiel associé à la Terre, la rotation se produit sous l'effet de la force de Coriolis. Cette idée a été proposée par un scientifique français Louis Poinsot en 1851
La première expérience de ce type a été réalisée Hagen en 1910 : deux poids sur une traverse lisse sont installés immobiles par rapport à la surface de la Terre. Ensuite, la distance entre les charges a été réduite. En conséquence, l’installation a commencé à tourner. Un scientifique allemand a réalisé une expérience encore plus démonstrative. Hans Bucca (Hans Bucka) en 1949. Une tige d'environ 1,5 mètre de long a été installée perpendiculairement à un cadre rectangulaire. Initialement, la tige était horizontale, l'installation était immobile par rapport à la Terre. Ensuite, la tige a été amenée en position verticale, ce qui a entraîné une modification du moment d'inertie d'environ 10 4 fois et sa rotation rapide avec une vitesse angulaire de 10 4 fois la vitesse de rotation de la Terre.
Entonnoir dans le bain.Étant donné que la force de Coriolis est très faible, elle a un effet négligeable sur la direction du tourbillon de l'eau lors de la vidange d'un évier ou d'une baignoire. Ainsi, en général, le sens de rotation dans l'entonnoir n'est pas lié à la rotation de la Terre. Cependant, dans des expériences soigneusement contrôlées, il est possible d'isoler l'effet de la force de Coriolis d'autres facteurs : dans l'hémisphère nord, l'entonnoir tournera dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, dans l'hémisphère sud, il tournera dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (l'inverse est vrai).
Effets de force de Coriolis : phénomènes dans la nature environnante
La loi de Baer. Comme l'a noté pour la première fois l'académicien de Saint-Pétersbourg Karl Baer en 1857, les rivières érodent la rive droite dans l'hémisphère nord (la rive gauche dans l'hémisphère sud), qui s'avère par conséquent plus abrupte ( La loi de la bière ). L'explication de l'effet est similaire à l'explication de la déviation des projectiles lorsqu'ils sont tirés dans le sens horizontal : sous l'influence de la force de Coriolis, l'eau frappe plus fort la rive droite, ce qui conduit à son flou, et, à l'inverse, recule de la rive gauche.
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Cyclone sur la côte sud-est de l'Islande (vue depuis l'espace).Vents : alizés, cyclones, anticyclones. Les phénomènes atmosphériques sont également associés à la présence de la force de Coriolis, dirigée vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud : alizés, cyclones et anticyclones. Phénomène alizés est causée par un réchauffement inégal des couches inférieures de l'atmosphère terrestre dans la zone équatoriale et dans les latitudes moyennes, entraînant un flux d'air le long du méridien vers le sud ou vers le nord dans les hémisphères nord et sud, respectivement. L'action de la force de Coriolis entraîne la déviation des flux d'air : dans l'hémisphère nord - vers le nord-est (alizé du nord-est), dans l'hémisphère sud - vers le sud-est (alizé du sud-est). |
Cyclone appelé vortex atmosphérique avec une pression atmosphérique réduite au centre. Les masses d'air, tendant vers le centre du cyclone, sous l'influence de la force de Coriolis, tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère sud. De même, dans anticyclone , là où il y a une pression maximale au centre, la présence de la force de Coriolis entraîne un mouvement de vortex dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère sud. Dans un état stationnaire, la direction du mouvement du vent dans un cyclone ou un anticyclone est telle que la force de Coriolis équilibre le gradient de pression entre le centre et la périphérie du vortex (vent géostrophique ).
Expériences optiques
Un certain nombre d'expériences démontrant la rotation de la Terre sont basées sur Effet Sagnac : si un interféromètre en anneau effectue un mouvement de rotation, puis en raison d'effets relativistes, les rayures sont décalées d'un angle
| Où UN- zone de l'anneau, c— vitesse de la lumière, oméga — vitesse angulaire de rotation. Cet effet a été utilisé par un physicien américain pour démontrer la rotation de la Terre. Michelson dans une série d'expériences réalisées en 1923-1925. Dans les expériences modernes utilisant l'effet Sagnac, la rotation de la Terre doit être prise en compte pour calibrer les interféromètres en anneau. |
La règle de la vrille dans la vie des dauphins
Cependant, il est peu probable que les dauphins soient capables de ressentir cette force à une si petite échelle, écrit MIGNews. Selon une autre version de Menger, le fait est que les animaux nagent dans une direction afin de rester en groupe pendant la relative vulnérabilité des heures de demi-sommeil. "Quand les dauphins sont éveillés, ils sifflent pour rester ensemble", explique le scientifique. "Mais quand ils dorment, ils ne veulent pas faire de bruit parce qu'ils ont peur d'attirer l'attention." Mais Menger ne sait pas pourquoi le choix de la direction change selon les hémisphères : « Cela me dépasse », admet le chercheur.
L'avis d'un amateur
Nous avons donc l'assemblage :
1. La force de Coriolis est l'une des
5. UN CHAMP MAGNÉTIQUE- il s'agit d'un type particulier de matière à travers laquelle une interaction se produit entre des particules en mouvement chargées électriquement.
6. INDUCTION MAGNÉTIQUE- c'est la force caractéristique du champ magnétique.
7. DIRECTION DES LIGNES D'INDUCTION MAGNÉTIQUE- déterminé par la règle de la vrille ou la règle de la main droite.
9. Déviation des corps en chute libre par rapport à la verticale.
10. Entonnoir dans le bain
11. Effet rive droite.
12. Dauphins.
Une expérience avec de l'eau a été menée à l'équateur. Au nord de l'équateur, lors du drainage, l'eau tournait dans le sens des aiguilles d'une montre et au sud de l'équateur, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Si la rive droite est plus haute que la gauche, c'est parce que l'eau entraîne le rocher vers le haut.
La force de Coriolis n'a rien à voir avec la rotation de la Terre !
Une description détaillée des tubes de communication avec les satellites, la Lune et le Soleil est donnée dans la monographie « Cold Nuclear Fusion ».
Il existe également des effets qui surviennent lorsque les potentiels des fréquences individuelles dans les tubes de communication sont réduits.
Effets observés depuis 2007 :
Lors de la vidange, l'eau tournait dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse ; parfois la vidange était effectuée sans rotation.
Les dauphins se sont échoués.
Il n'y a pas eu de transformation actuelle (tout est en entrée, rien en sortie).
Lors de la transformation, la puissance de sortie dépassait largement la puissance d’entrée.
Incendie de postes de transformation.
Pannes du système de communication.
La règle de la vrille ne fonctionnait pas pour l'induction magnétique.
Le Gulf Stream a disparu.
Prévu:
Arrêter les courants océaniques.
Arrêter les rivières qui se jettent dans la mer Noire.
Arrêter les rivières qui se jettent dans la mer d'Aral.
Arrêt de l'Ienisseï.
La suppression des tubes de communication entraînera le déplacement des satellites planétaires sur des orbites circulaires autour du Soleil, le rayon des orbites sera inférieur au rayon de l'orbite de Mercure.
Retirer le tube de communication avec le Soleil signifie éteindre la couronne.
Supprimer le tube de communication avec la Lune signifie supprimer la reproduction du « milliard d'or » et du « million d'or », tandis que la Lune « s'éloigne » de la Terre de 1 200 000 km.
Force centrifuge d'inertie− force d'inertie agissant sur un corps (point matériel) situé dans un repère tournant, et égale à : 
; Le module (valeur) de la force centrifuge d'inertie est calculé par la formule : 
, où est le poids corporel ; − vitesse angulaire de rotation du système ; − distance de l'axe de rotation au corps. La direction du vecteur de la force centrifuge d'inertie est toujours éloignée de l'axe de rotation.
force de Coriolis− force d'inertie agissant sur un corps (point matériel) se déplaçant avec vitesse par rapport à un référentiel tournant, et égale à : 
; Le module (valeur) de la force de Coriolis est calculé par la formule : 
, où est le poids corporel ; − vitesse angulaire de rotation du système ; − vitesse du corps par rapport au référentiel rotatif ; − angle entre les vecteurs et . La direction du vecteur force de Coriolis est déterminée par le produit vectoriel.
La raison de l'apparition de la force de Coriolis est l'accélération de Coriolis (rotative). Dans les référentiels inertiels, la loi de l'inertie opère, c'est-à-dire que chaque corps a tendance à se déplacer en ligne droite et à une vitesse constante. Si l'on considère le mouvement d'un corps, uniforme le long d'un certain rayon de rotation et dirigé à partir du centre, il devient clair que pour qu'il ait lieu, il est nécessaire de conférer une accélération au corps, car plus on s'éloigne du centre, plus la vitesse de rotation tangentielle doit être grande. Cela signifie que du point de vue du référentiel rotatif, une certaine force tentera de déplacer le corps du rayon.
Pour qu’un corps se déplace avec l’accélération de Coriolis, il est nécessaire d’appliquer au corps une force égale à F = ma, où a est l’accélération de Coriolis. En conséquence, le corps agit selon la troisième loi de Newton avec une force dans la direction opposée. FK = − ma. La force qui agit à partir du corps sera appelée force de Coriolis. La force de Coriolis ne doit pas être confondue avec une autre force d'inertie - la force centrifuge, qui est dirigée le long du rayon d'un cercle tournant.
Si la rotation se produit dans le sens des aiguilles d'une montre, alors un corps s'éloignant du centre de rotation aura tendance à quitter le rayon vers la gauche. Si la rotation se produit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, alors vers la droite.
Conditions d'équilibre d'un corps rigide. Types d'équilibre.
1ère condition d’équilibre : si la résultante de toutes les forces appliquées au corps est nulle, alors le corps se déplace uniformément et rectiligne (vitesse = constante) ou est au repos (vitesse = 0).
2ème condition d’équilibre : si le moment total des forces agissant sur le corps est nul, alors le corps tourne uniformément ou est au repos.
Types de solde :
1 – position d’équilibre stable- un état d'un système mécanique, une fois retiré, duquel des forces apparaissent dans le système lui-même tendant à le ramener à une position d'équilibre. Dans cette position, le système a une valeur minimale d'énergie potentielle.
2 – position d’équilibre instable- un état d'un système mécanique, une fois retiré, duquel des forces apparaissent dans le système lui-même, tendant à éloigner encore plus le système de la position d'équilibre.
3 – position indifférente.
Mes amis, vous êtes-vous déjà demandé pourquoi dans l'hémisphère nord de la Terre, près des rivières qui coulent sans virages serrés dans des roches plutôt tendres, la rive droite est presque toujours assez raide, et la rive gauche est beaucoup plus plate ? Ou pourquoi le Gulf Stream coule-t-il vers le nord le long des côtes de l’Europe et non de l’Amérique du Nord ? Ou pourquoi des cyclones et des anticyclones traversent-ils constamment la Terre ?
Pour répondre à toutes ces questions, préparez votre main droite et gardez votre pouce, votre index et votre majeur écartés. Avec leur aide, nous le découvrirons.
Comme nous le comprenons, tout corps au repos sur Terre est affecté par une force de gravité très décente et une petite force centrifuge résultant de la rotation de la Terre autour de son axe. Leur somme géométrique (selon la règle du parallélogramme) est exactement perpendiculaire à la surface de la Terre (plus précisément à l'eau au repos). C'est absolument vrai, mais seulement pour les corps au repos.
Mais sur en mouvement Une autre force agit sur la terre du corps. Appelé Coriolisova.
Si la Terre ne tournait pas autour de son axe, il n'y aurait tout simplement pas de forces de Coriolis ni de forces centrifuges. La force de Coriolis dans notre vie quotidienne est nettement inférieure à la force centrifuge. Et il est dirigé sur la trajectoire du corps et sur l’axe de rotation de la Terre. C'est pourquoi nous avons besoin de trois doigts de la main droite. Le pouce doit être dirigé dans la direction du mouvement du corps et l'index le long de l'axe de rotation de la Terre du pôle sud vers le nord. Ensuite, la direction de la force de Coriolis sera indiquée par le majeur de la main droite.
Je noterai également que la force de Coriolis est proportionnelle à la vitesse d'un corps en mouvement. Et je suppose que le corps en mouvement est l'eau de notre bien-aimée Volga. Si la Volga était une masse d’eau stagnante, sa surface serait alors exactement perpendiculaire à la force totale (gravitaire et centrifuge). Mais la Volga coule du nord au sud (pouce). En pointant l'index le long de l'axe de rotation de la Terre, on verra que le majeur (force de Coriolis) est dirigé vers la rive droite de la Volga. De là, il est clair que la force de Coriolis pousse l'eau de la Volga vers sa rive droite. Combien?
Je ne vous ennuierai pas avec des formules et des calculs. Supposons seulement que la vitesse du courant de la Volga = 1 m/sec et sa largeur = 1 km. Ensuite, une simple évaluation montre que sur la rive droite de la Volga, le niveau de l'eau devrait être environ 1 (un) centimètre plus élevé que sur la rive gauche. Et si la vitesse du courant était = 2 m/sec, alors le niveau d'eau sur la rive droite serait 2 cm plus haut que sur la rive gauche.
Et comme les rives de la Volga sont composées majoritairement de roches tendres, c'est la rive droite qui est minée par le courant. Ce qui le rend plus cool. Et le cours de la Volga se déplace extrêmement lentement vers l'ouest.
Ceux qui vivent sur les rives des rivières coulant vers le nord peuvent comprendre de la même manière pourquoi les rives droites de ces rivières sont généralement plus abruptes que les rives gauches. Bien entendu, si les berges des rivières sont formées de roches assez dures (pierres), alors les discussions sur la pente des berges perdent de leur validité. Tout simplement parce que tout n’est pas soumis à l’eau qui coule.
Si l’on regarde maintenant le Gulf Stream, qui coule du sud vers le nord, alors la rive européenne sera du côté droit et la rive nord-américaine du côté gauche. Par conséquent, le Gulf Stream est pressé contre l’Europe par cette même force de Coriolis. C’est peut-être pour cela qu’il ne faut pas trop se fier aux prévisions apocalyptiques sur la disparition du Gulf Stream et le gel de l’Europe.
Quant aux cyclones et anticyclones, c’est un sujet pour un article séparé.
L'effet de la force de Coriolis devient perceptible lors de tirs à très longue distance, comme le montre l'image. Le mouvement de la Terre autour de son axe déplace la cible pendant le vol de la balle.
Lorsque vous êtes au stand de tir, le sol sur lequel vous vous trouvez semble stable. Mais en fait, il s’agit d’une grande sphère volant dans l’espace et tournant en même temps sur son axe, à raison d’une rotation complète toutes les 24 heures. La rotation de la Terre peut poser des problèmes aux tireurs à très longue portée. Lors du long vol d'une balle, la rotation de la planète provoque une nette déviation de la cible par rapport à la trajectoire de la balle lors d'un tir à très longue distance. C'est ce qu'on appelle l'effet de corrélation ou effet de corrélation en balistique.
Bryan Litz d'Applied Ballistics a publié une courte vidéo dans laquelle il explique l'effet de la force de Coriolis. Brian note que cet effet est "très mineur. Les tireurs aiment exagérer sa force car il semble très mystérieux. " Dans la plupart des cas, lors de tirs jusqu'à environ 1 000 m, la force de Coriolis n'est pas importante à prendre en compte. Si vous utilisez le système de correction américain (1/4 MOA = ~1" pouce à 100 yards) à 1000 yards (914,4 m), l'effet peut être corrigé sur la lunette en un clic (pour la plupart des cartouches). Même après avoir marqué à À 1 000 mètres dans des conditions de vent plus fort, l'effet de force de Coriolis peut être « perdu dans le bruit. » Mais dans des conditions de tir à longue distance sans vent très favorables, Brian affirme qu'il est possible d'obtenir un avantage en termes de précision en utilisant des solutions balistiques qui prennent en compte l’effet de corrélation.
Brian poursuit : "L'effet de force de Coriolis... est lié à la rotation de la Terre. Vous tirez essentiellement d'un point à un autre sur une sphère en rotation, dans un système de coordonnées inertielles. Les conséquences seront que si le temps de vol de la balle est suffisamment longue, la balle sera emportée loin de sa cible. L'ampleur de cette démolition est très faible - elle dépend de la latitude géographique et de la direction du tir par rapport à la planète.
L’effet de la force de Coriolis est très difficile à détecter. Avec un BC et une vitesse moyens, vous disposerez d'une portée allant jusqu'à 1 000 mètres avant de pouvoir effectuer un réglage en un clic sur la lunette. Brian déclare : "L'effet de corrélation n'est PAS quelque chose à prendre en compte lors du tir sur une cible en mouvement, ce n'est PAS quelque chose à prendre en compte lors du tir par vent fort, car il existe des conditions qui auront un effet plus évident, et l'effet de force de Coriolis va vous distraire." d'eux. "
"Là où vous pouvez vraiment penser à utiliser cet effet, utilisez-le de manière continue et cela affectera vos performances, c'est lors du tir à très longue distance sur des cibles relativement petites dans des conditions de vent faible. Lorsque vous connaissez très bien la vitesse de la balle et le coefficient balistique. Dans des conditions parfaites, vous remarquerez alors l'influence de la force de Coriolis. Vous en aurez plus pour votre argent si vous considérez cette force uniquement dans les cas ci-dessus. Mais dans la plupart des cas de tir pratique à longue distance, la force de Coriolis n'est PAS celle-là. Ce qui est vraiment important, c'est de comprendre vos priorités lors du tournage et de les prendre en compte dans le processus.
force de Coriolis
La particularité du monde des systèmes rotatifs ne se limite pas à l’existence de forces de gravité radiales. Faisons connaissance avec un autre effet intéressant, dont la théorie a été donnée en 1835 par le Français Coriolis.
Posons-nous la question suivante : à quoi ressemble le mouvement rectiligne du point de vue d'un laboratoire tournant ? Le plan d'un tel laboratoire est présenté sur la Fig. 26. Une ligne passant par le centre montre la trajectoire rectiligne d'un corps. Nous considérons le cas où la trajectoire du corps passe par le centre de rotation de notre laboratoire. Le disque sur lequel se trouve le laboratoire tourne uniformément ; La figure montre cinq positions de laboratoire par rapport à une trajectoire en ligne droite. Voilà à quoi ressemble la position relative du laboratoire et la trajectoire du corps à travers un, deux, trois, etc. secondes. Le laboratoire, comme vous pouvez le voir, tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre vu du dessus.
Il y a des flèches sur la ligne de cheminement correspondant aux segments que le corps traverse en un, deux, trois, etc. secondes. À chaque seconde, le corps parcourt le même chemin, puisqu'il s'agit d'un mouvement uniforme et rectiligne (du point de vue d'un observateur stationnaire).
Imaginez que le corps en mouvement soit une boule fraîchement peinte roulant sur un disque. Quelle trace restera-t-il sur le disque ? Notre construction apporte une réponse à cette question. Les points marqués par les extrémités des flèches de cinq dessins sont transférés sur un seul dessin. Il ne reste plus qu'à relier ces points par une courbe lisse. Le résultat de la construction ne nous surprendra pas : un mouvement rectiligne et uniforme semble curviligne du point de vue d'un observateur en rotation. La règle suivante attire l'attention : un corps en mouvement dévie complètement vers la droite dans le sens du mouvement. Supposons que le disque tourne dans le sens des aiguilles d’une montre et laissons le lecteur répéter la construction. Cela montrera que dans ce cas, le corps en mouvement, du point de vue d'un observateur en rotation, dévie vers la gauche dans la direction du mouvement.
Nous savons que dans les systèmes rotatifs, la force centrifuge apparaît. Cependant, son action ne peut pas provoquer une courbure du chemin - après tout, elle est dirigée le long du rayon. Cela signifie que dans les systèmes rotatifs, en plus de la force centrifuge, une force supplémentaire apparaît. C’est ce qu’on appelle la force de Coriolis.
Pourquoi, dans les exemples précédents, n’avons-nous pas rencontré la force de Coriolis et avons-nous très bien réussi avec la force centrifuge ? La raison en est que nous n’avons pas encore considéré le mouvement des corps du point de vue d’un observateur en rotation. Et la force de Coriolis n'apparaît que dans ce cas. Seule la force centrifuge agit sur les corps au repos dans un système en rotation. La table du laboratoire tournant est vissée au sol et est soumise à l'action d'une seule force centrifuge. Et sur une boule tombée de la table et roulée sur le sol d'un laboratoire en rotation, en plus de la force centrifuge, la force de Coriolis agit également.
De quelles grandeurs dépend la force de Coriolis ? Cela peut être calculé, mais les calculs sont trop complexes pour être présentés ici. Par conséquent, nous décrirons uniquement le résultat des calculs.
Contrairement à la force centrifuge dont la valeur dépend de la distance à l'axe de rotation, la force de Coriolis ne dépend pas de la position du corps. Sa valeur est déterminée par la vitesse de déplacement du corps, et non seulement par la valeur de la vitesse, mais également par sa direction par rapport à l'axe de rotation. Si un corps se déplace le long de l’axe de rotation, alors la force de Coriolis est nulle. Plus l'angle entre le vecteur vitesse et l'axe de rotation est grand, plus la force de Coriolis est grande ; La force prendra sa valeur maximale lorsque le corps se déplacera perpendiculairement à l'axe.
Comme nous le savons, le vecteur vitesse peut toujours être décomposé en n'importe quelle composante et considérer séparément deux mouvements émergents auxquels le corps participe simultanément.
Si nous décomposons la vitesse d'un corps en ses composants
– parallèle et perpendiculaire à l'axe de rotation, alors le premier mouvement ne sera pas soumis à la force de Coriolis. Valeur de la force de Coriolis F k sera déterminé par la composante de vitesse
Les calculs conduisent à la formule
Ici m– le poids corporel, et n– le nombre de tours effectués par un système rotatif par unité de temps. Comme le montre la formule, la force de Coriolis est plus grande, plus le système tourne vite et plus le corps bouge vite.
Les calculs établissent également la direction de la force de Coriolis. Cette force est toujours perpendiculaire à l'axe de rotation et à la direction du mouvement. Dans ce cas, comme mentionné ci-dessus, la force est dirigée vers la droite dans le sens du mouvement dans un système tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
L'action de la force de Coriolis explique de nombreux phénomènes intéressants se produisant sur Terre. La terre est une boule et non un disque. Les manifestations des forces de Coriolis sont donc plus complexes.
Ces forces affecteront à la fois le mouvement le long de la surface de la Terre et la chute des corps sur la Terre.
Le corps tombe-t-il strictement verticalement ? Pas assez. Ce n'est qu'au pôle que le corps tombe strictement verticalement. La direction du mouvement et l’axe de rotation de la Terre coïncident, il n’y a donc pas de force de Coriolis. La situation est différente à l’équateur ; ici, la direction du mouvement est à angle droit avec l'axe de la Terre. Vu du pôle nord, la rotation de la Terre apparaît dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Cela signifie qu'un corps en chute libre doit dévier vers la droite dans la direction du mouvement, c'est-à-dire à l'est. L'ampleur de la déviation orientale, la plus grande à l'équateur, diminue jusqu'à zéro à mesure que l'on s'approche des pôles.
Calculons l'ampleur de la déviation à l'équateur. Puisqu’un corps en chute libre se déplace avec une accélération uniforme, la force de Coriolis augmente à mesure qu’il s’approche du sol. Nous nous limiterons donc à des calculs approximatifs. Si un corps tombe d'une hauteur de, disons, 80 m, alors la chute dure environ 4 s (selon la formule t= carré (2 h/g)). La vitesse moyenne durant la chute sera de 20 m/s.
Nous allons substituer cette valeur de vitesse dans la formule d'accélération de Coriolis 4 ? nv. Signification n= 1 tour en 24 heures sera converti en tours par seconde. Il y a 24·3600 secondes dans 24 heures, ce qui signifie n est égal à 1/86400 r/s et, par conséquent, l'accélération créée par la force de Coriolis est égale à ?/1080 m/s 2. Le chemin parcouru avec une telle accélération en 4 s est égal à (1/2)·(?/1080)·4 2 = 2,3 cm, c'est la valeur de l'écart est pour notre exemple. Un calcul précis, prenant en compte l'irrégularité de la chute, donne un chiffre légèrement différent - 3,1 cm.
Si la déviation d'un corps lors d'une chute libre est maximale à l'équateur et égale à zéro aux pôles, alors on observera le tableau inverse dans le cas d'une déviation sous l'influence de la force de Coriolis d'un corps se déplaçant dans un plan horizontal.
Une plate-forme horizontale aux pôles nord ou sud n'est pas différente du disque rotatif avec lequel nous avons commencé notre étude de la force de Coriolis. Un corps se déplaçant le long d’une telle plate-forme sera dévié par la force de Coriolis vers la droite lorsqu’il se déplace au pôle nord et vers la gauche lorsqu’il se déplace au pôle sud. Le lecteur peut facilement calculer, en utilisant la même formule pour l'accélération de Coriolis, qu'une balle tirée par un canon avec une vitesse initiale de 500 m/s s'écartera de la cible dans le plan horizontal en une seconde (c'est-à-dire le long d'une trajectoire de 500 m/s). m) par un segment égal à 3,5 cm.
Mais pourquoi la déviation dans le plan horizontal à l’équateur devrait-elle être nulle ? Sans preuves rigoureuses, il est clair qu’il doit en être ainsi. Au pôle nord, le corps dévie vers la droite en mouvement, au sud - vers la gauche, ce qui signifie qu'il se trouve au milieu entre les pôles, c'est-à-dire à l'équateur, l'écart sera nul.
Rappelons l'expérience du pendule de Foucault. Un pendule oscillant sur un pôle maintient le plan de ses oscillations. La terre, en tournant, s'éloigne du dessous du pendule. C'est l'explication donnée à l'expérience de Foucault par l'observateur des étoiles. Et un observateur tournant avec le globe expliquera cette expérience par la force de Coriolis. En effet, la force de Coriolis est dirigée perpendiculairement à l'axe terrestre et perpendiculairement à la direction de déplacement du pendule ; en d'autres termes, la force est perpendiculaire au plan d'oscillation du pendule et fera tourner continuellement ce plan. Vous pouvez faire en sorte que l'extrémité du pendule dessine la trajectoire du mouvement. La trajectoire est une « rosette » représentée sur la Fig. 27. Sur cette figure, pendant une période et demie d'oscillation du pendule, la « Terre » tourne d'un quart de tour. Le pendule de Foucault tourne beaucoup plus lentement. Au pôle, le plan d’oscillation du pendule tournera de 1/4 de degré en une minute. Au pôle nord, l'avion tournera vers la droite le long de la trajectoire du pendule, au pôle sud, il tournera vers la gauche.
Aux latitudes de l’Europe centrale, l’effet Coriolis sera légèrement moindre qu’à l’équateur. La balle dans l'exemple que nous venons de donner déviera non pas de 3,5 cm, mais de 2,5 cm. Le pendule de Foucault tournera d'environ 1/6 de degré en une minute.
Les artilleurs doivent-ils prendre en compte la force de Coriolis ? Le canon Bertha, avec lequel les Allemands tiraient sur Paris pendant la Première Guerre mondiale, se trouvait à 110 km de la cible. La déviation de Coriolis atteint dans ce cas 1600 m, ce n'est plus une petite valeur.
Si un projectile volant est envoyé sur une longue distance sans tenir compte de la force de Coriolis, il s'écartera considérablement de sa trajectoire. Cet effet est important non pas parce que la force est grande (pour un projectile de 10 tonnes avec une vitesse de 1000 km/h, la force de Coriolis sera d'environ 25 kg), mais parce que la force agit de manière continue pendant une longue période.
Bien entendu, l'effet du vent sur un projectile non guidé ne peut être pas moins important. La correction de cap apportée par le pilote est due à l'action du vent, à l'effet Coriolis et à l'imperfection de l'avion ou de l'avion projectile.
Quels spécialistes, outre les aviateurs et les artilleurs, devraient prendre en compte l'effet Coriolis ? Curieusement, il s’agit notamment des cheminots. Sur une voie ferrée, un rail, sous l'influence de la force de Coriolis, s'use de l'intérieur beaucoup plus que l'autre. Nous savons lequel : dans l'hémisphère nord, ce sera le rail droit (dans le sens de la marche), dans l'hémisphère sud, ce sera celui de gauche. Seuls les cheminots des pays équatoriaux sont dépourvus de soucis à cet égard.
L'érosion de la rive droite dans l'hémisphère nord s'explique de la même manière que l'abrasion des rails.
Les déviations de canal sont largement associées à l'action de la force de Coriolis. Il s'avère que les rivières de l'hémisphère nord contournent les obstacles du côté droit.
On sait que les flux d'air sont dirigés vers des zones de basse pression. Mais pourquoi un tel vent est-il appelé cyclone ? Après tout, la racine de ce mot indique un mouvement circulaire (cyclique).
C'est comme ça que ça se passe - dans la zone de basse pression, un mouvement circulaire des masses d'air se produit (Fig. 28). La raison en est l’action de la force de Coriolis. Dans l'hémisphère nord, tous les flux d'air se précipitant vers un lieu de basse pression sont déviés vers la droite dans leur mouvement. Regardez la fig. 29 - vous voyez que cela conduit à une déviation des vents (alizés) soufflant dans les deux hémisphères depuis les tropiques vers l'équateur à l'ouest.
Pourquoi une si petite force joue-t-elle un si grand rôle dans le mouvement des masses d’air ?
Ceci s'explique par l'insignifiance des forces de frottement. L'air est facilement mobile et une force faible mais agissant constamment entraîne des conséquences importantes.
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