Сила Кориолиса, возникающая вследствие вращения Земли, приводит к целому ряду весьма важных эффектов. Но прежде чем говорить о них, об- судим подробнее вопрос о направлении силы Кориолиса. Уже было сказа- но, что сила Кориолиса всегда перпендикулярна оси вращения и скорости тела. Но при таком определении остаются возможными два направления силы Кориолиса, показанные на рис. 6.4 а. Напомним, что аналогичная ситуация возникает при определении направления силы Лоренца2, дей- ствующей на движущийся заряд со стороны магнитного поля. Как известно из школьного курса физики, эта сила перпендикулярна скорости заряда и индукции магнитного поля. Однако для того чтобы однозначно определить ее направление, надо воспользоваться правилом левой руки. 1 Вдали от полюса плоскость колебаний маятника Фуко уходит за сутки на 2тг sin а радиан, где а — географическая широта места. (Прим. ред.) 2Х. А. Лоренц A853—1928) — нидерландский физик, создатель классической электронной теории; лауреат Нобелевской премии 1902. 49 Рис. 6.3: Сила Кориолиса отклоняет пассаты к западу Направление кориолисовои силы также можно найти с помощью ана- логичного правила. Его иллюстрирует рис. 6.4, б. Прежде всего выберем определенное направление оси вращения: если смотреть на вращающее- ся тело в этом направлении, вращение должно происходить по часовой стрелке. Теперь расположим левую руку так, чтобы направление вытяну- тых четырех пальцев совпадало с направлением скорости тела, а напра- вление оси вращения пронизывало бы ладонь. Тогда отогнутый под углом 90° большой палец покажет направление силы Кориолиса. Рис. 6.4: а — Два возможных направления силы Кориолиса. б, в — Направление силы Кориолиса определяется с помощью правила левой руки. Две возможности определения направления силы Кориолиса или силы Лоренца соответствуют двум типам симметрии, встречающимся в при- роде; симметрии левого и правого. Каждый раз для того, чтобы указать тип симметрии, приходится обращаться к «эталону» — буравчику, руке и т.п. Конечно, в действительности природе нет никакого дела до вашей левой руки или буравчика. Просто таким образом можно сформулировать правила для нахождения направления силы1. 'То, что в данном случае левая рука почему-то оказалась лучше правой связано с тем. 50 Глава 6. Маятник Фуко и закон Бэра Итак, мы подробно обсудили вопрос о силе Кориолиса для случая, ко- гда скорость тела во вращающейся системе отсчета перпендикулярна оси вращения. При этом величина силы равна 2muvQ, а направление опреде- ляется правилом левой руки. А как быть в общем случае? Оказывается, если скорость тела vq составляет с осью вращения про- извольный угол (рис.6.4, в), то при нахождении силы Кориолиса надо учи- тывать только проекцию скорости на плоскость, перпендикулярную оси вращения. Тогда величина кориолисовой силы вычисляется по формуле cos (p. Направление этой силы определяется тем же правилом левой руки, но че- тыре вытянутых пальца нужно располагать не вдоль скорости тела, а вдоль перпендикулярной к оси вращения составляющей скорости, как показано на рис. 6.4 в. Теперь нам все известно про силу Кориолиса: и как найти ее модуль, и как определить направление. Вооружившись этими знаниями, приступим к объяснению ряда интересных эффектов. (О Рис. 6.5: Сила Кориолиса прижимает воду в реке к правому берегу в Северном полушарии и к левому южном. что мы заранее условились о направлении оси вращения. При противоположном выборе пришлось бы пользоваться правилом правой руки, чтобы сохранить прежнее направление силы Кориолиса. (Прим. ред.) ЕЛ Известно, например, что пассаты — ветры, дующие от тропиков к экватору, — всегда отклоняются к западу. Рис. 6.3 объясняет этот эф- фект. Сначала убедитесь в том, что это действительно так, для северного полушария, где пассаты дуют с севера на юг. Расположите левую руку так, чтобы ось вращения Земли входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца направьте вдоль перпендикуляра к оси вращения. Вы увидите, что кориолисова сила направлена на вас перпендикулярно чертежу и, следо- вательно, на запад. В южном полушарии пассаты дуют, наоборот, с юга на север. Но ни направление оси вращения, ни направление перпендикуляра в ней не изменяются: следовательно, не изменяется и направление силы Кориолиса. Таким образом, эта сила в обоих случаях направлена к западу. Рис. 6.5 иллюстрирует закон Бэра1: у рек, текущих в северном по- лушарии, правый берег более крутой и подмытый, чем левый (в южном полушарии — наоборот). В этом случае действие кориолисовои силы при- водит к тому, что вода прижимается к правому берегу. Из-за трения у Рис. 6 более Правый берег Северное 6: У рек в северном крутой и подмытый, Левый берег полушарие полушарии правый чем левый. берег поверхности скорость течения всегда больше, чем у дна; соответствен- но будет большей и сила Кориолиса. В результате возникает циркуляция воды, показанная стрелками на рис. 6.6, почва у правого берега подмы- вается, а у левого осаждается. Это явление аналогично размытию берега при повороте реки, о котором рассказывалось в главе 1 «Меандры рек». Чтобы в нем глубже разобраться, попробуйте оценить разность уровней воды на восточном и западном берегах реки Волги. Кориолисова сила приводит к отклонению падающих тел к востоку. (Объяснить этот эффект попробуйте сами.) В 1833 г. немецкий физик 'Смотри сноску на стр. 10 52 Глава 6. Маятник Фуко и закон Бэра Фердинанд Райх провел очень точные эксперименты в Фрейбургской шахте и получил, что при свободном падении тел с высоты 158 м их отклонение в среднем (по 106 опытам) составляет 28,3 мм. Это послужило одним из первых экспериментальных доказательств теории Кориолиса.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Интересные следствия» з дисципліни «Дивовижна фізика»
