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科氏加速度怎么理解?
科氏加速度,是由科里奥利(G.G. Coriolis)于1835年首先提出的。
科氏加速度是动基的转动与动点相对运动相互耦合引起的加速度。科氏加速度的方向垂直于角速度矢量和相对速度矢量。哥氏加速度是由于质点不仅作圆周运动,而且也做径向运动或周向运动所产生的。
科氏加速度存在条件?
举一个最简单的科氏加速度的例子:你是上帝,你创造了一个平坦的宇宙(二维),宇宙中除了一根棍子和生活在棍子上的一只蚂蚁外空无一物。一天,你看着蚂蚁悠闲地以速度vr在棍子上从左向右散步,你觉得应该为生活增添一些变化,于是,你拨动了棍子,使得棍子以左端点为中心逆时针转动,转动是匀速的角速度w。
这时候你发现,一些神奇的事情发生了:
1.蚂蚁垂直于棍子方向的速度ve变大了(ve=w*r,由于vr的存在,使得蚂蚁距离转动中心的距离r变大了,因此牵连速度ve变大了);
2.沿棍子方向蚂蚁的速度vr(相对速度)的方向改变了,这是由于转动角速度w的存在,使得vr的方向与初始方向的夹角变为w*t。你看,科氏加速度产生了:由于vr不为零使得ve变大、由于转动角速度w的存在使得vr的方向改变;根据牛顿定律,物体总是保持静止或匀速直线状态,除非有力施加于其上,蚂蚁的牵连速度变大、相对速度方向改变是因为有一个神奇的力施加在蚂蚁身上,这个力就产生了科氏加速度,包含上述两部分。
事实上,很多物理学方程和定律是先有的数学推导,而后物理学家们才把推导结果赋予其物理意义,而科氏加速度就是数学推导的结果,它与我们日常生活中的常识有一定的偏差,因此显得有些神秘,但是事实上它是存在的。
包括地球的自转也会产生科氏加速度,中长跑项目规定运动员要左转弯也是考虑到科氏效应的缘故,其实运动员所受到的科氏力仅仅有0.05牛顿左右,是很微弱的。
科氏加速度是由科里奥利(G.G. Coriolis)于1835年首先提出的。科氏加速度是动基的转动与动点相对运动相互耦合引起的加速度。科氏加速度的方向垂直于角速度矢量和相对速度矢量。哥氏加速度是由于质点不仅作圆周运动,而且也做径向运动或周向运动所产生的。
当牵连运动为匀角速度定轴运动时,科氏加速度的大小为:
ak=2ωu sinθ
式中 u —质点相对于转鼓的径向速度或周向速度, ω—牵连角速度大小,θ—牵连角速度与相对速度的夹角。在平面运动中,ω的矢量垂直于纸面,故sinθ=1,可简化为 判断一个动点是否存在科氏加速度:1、科氏加速度是由于动系旋转运动造成的,如果动系旋转角速度为0,则不存在科氏加速度;2、或者动点的相对速度为0,则也不存在科氏加速度。
即ak=2×ω×v; 上述为矢量叉乘,有方向。科氏加速度方向由右手螺旋法则决定。
一般情况下,对物体的作用主要是地球引力,科氏力作用甚微。但高速运动或者长期作用情况下就必须考虑科氏力的影响。比如季风的形成,北半球为的河流为何总冲刷右岸等都是因科氏力引起的。在北半球,沿经线向北流动的江河的右岸易被冲刷,就是由于地球自转而产生的科氏惯性力作用的结果。
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