Из этой статьи вы не узнаете ничего нового о крутых правых берегах рек северного полушария, о направлениях вращения атмосферных циклонов и антициклонов, о пассатах и о закручивании воды в сливном отверстии ванны или раковины. Эта статья расскажет вам об...
Истоках понятий «ускорение Кориолиса» и «сила Кориолиса».
Прежде чем начать отвечать на вопрос заголовка статьи я хочу напомнить несколько определений. Для упрощения понимания при изучении сложных движений тел в теоретической механике были введены понятия относительного движения и переносного, а так же присущих им скоростей и ускорений.
Относительное движение характеризуется относительной траекторией, относительной скоростью v отн и относительным ускорением a отн и представляет собой движение материальной точки относительно подвижной системы координат.
Переносное движение, характеризующееся переносной траекторией, переносной скоростью v пер и переносным ускорениемa пер , представляет собой движение подвижной системы координат вместе со всеми жестко связанными с ней точками пространства по отношению к неподвижной (абсолютной) системе координат.
Абсолютное движение, характеризующееся абсолютной траекторией, абсолютной скоростью v и абсолютным ускорением a , это — движение точки относительно неподвижной системы координат.
a — — вектор
a — абсолютное значение (модуль)
Приношу извинения за отступление от использования общепринятых символов в обозначении векторов.
Основные формулы сложного движения материальной точки в векторной форме :
v - = v отн - + v пер -
a - = a отн - + a пер - + a кор -
Если со скоростью все понятно и логично, то с ускорением все не так очевидно. Что это за третий векторa кор - ? Откуда он взялся? Именно ему – третьему слагаемому векторного уравнения ускорения материальной точки при сложном движении – ускорению Кориолиса — и посвящена эта статья.
Если относительное ускорение является параметром изменения относительной скорости в относительном движении материальной точки, переносное ускорение – параметром изменения переносной скорости в переносном движении, то ускорение Кориолиса характеризует изменение относительной скорости точки в переносном движении и переносной скорости в относительном движении. Непонятно? Разберемся, как обычно, на примере!
Как возникает ускорение Кориолиса
1. На рисунке, расположенном ниже, изображен механизм, состоящий из кулисы, вращающейся с постоянной угловой скоростью ω пер вокруг точки O и ползун, перемещающийся по кулисе с постоянной линейной скоростью v отн . Следовательно, угловое ускорение кулисы и связанной с ней подвижной системы координат (ось x) ε пер равно нулю. Так же равно нулю и линейное ускорение точки C ползуна a отн относительно кулисы (подвижной системы координат – оси х).
ω пер = const ε пер = 0
v отн = const a отн = 0
2. Как можно догадаться по аббревиатурам – относительное движение в нашем примере – это прямолинейное движение ползуна — точки C — по кулисе, а переносное движение – это вращение ползуна вместе кулисой вокруг центра – точки О. Ось x 0 – ось неподвижной системы координат.
3. То, что ускорения ε пер = 0 и a отн = 0 выбрано в примере не случайно. Это облегчит и упростит восприятие и понимание сути и природы возникновения кориолисова ускорения и рождаемой этим ускорением – силы Кориолиса.
4. При переносном движении (вращении кулисы) вектор относительной линейной скорости v отн1 - повернется за малый промежуток времени dt на весьма незначительный угол dφ и получит при этом приращение (изменение) в виде вектора dv отн - .
dφ = ω пер * dt
dv отн - = v отн2 - — v отн1 -
dv отн = v отн * dφ = v отн * ω пер * dt
5. Вектор относительной скорости точки C v отн2 - в положении №2 сохранил свой размер и направление относительно подвижной системы координат – оси x. Но в абсолютном пространстве этот вектор повернулся за счет переносного движения на уголdφ и переместился за счет относительного движения на расстояние dS !
6. При стремящемся к нулю угле поворотаdφ вектор изменения относительной скорости dv отн - будетперпендикулярен вектору относительной скоростиv отн2 - .
7. Изменение скорости может быть вызвано только наличием ненулевого ускорения, которое и приобретет точка С. Направление вектора этого ускорения a 1 - совпадает с направлением вектора изменения относительной скоростиdv отн - .
a 1 = dv отн / dt = v отн * ω пер
8. При относительном движении (прямолинейном перемещении точки C ползуна по кулисе) вектор переносной линейной скорости v пер - за незначительный промежуток времени dt переместится на расстояние dS и получит приращение (изменение) — вектор dv пер - .
dS = v отн * dt
dv пер - = v пер2 - — v пер1 - — dv ц пер -
dv пер = ω пер * dS = ω пер * v отн * dt
9. Вектор переносной скорости точки C v пер2 - в положении №2 увеличил свой размер и сохранил направление относительно подвижной системы координат – оси x. В неподвижной системе координат (ось x 0) этот вектор повернулся за счет переносного движения на уголdφ и переместился на расстояние dS благодаря переносному движению!
10. По аналогии с относительной скоростью дополнительное изменение переносной скорости может быть вызвано только наличием ненулевого ускорения, которое приобретет точка С в этом движении. Направление вектора этого ускорения a 2 - совпадает с направлением вектора изменения переносной скоростиdv пер - .
a 2 = dv пер / dt = ω пер * v отн
11. Появление вектора изменения переносной скоростиdv ц пер - в ызвано переносным движением (вращением)! На точку C действует переносное ускорение a пер – в нашем случае центростремительное, вектор которого направлен к центру вращения точке O.
a пер2 = ω пер 2 * S 2
В нашем примере это ускорение действует и в начальный момент времени (в положении №1), его значение равно:
a пер1 = ω пер 2 * S 1
12. Векторыa 1 - иa 2 - имеют одинаковое направление! На рисунке это визуально не совсем так по причине невозможности начертить понятную схему при близком к нулю угле поворотаdφ . Чтобы найти полное добавочное ускорение точки C, которое она получила из-за изменения вектора относительной скорости v отн1 - в переносном движении и вектора переносной скоростиv пер1 - в относительном движении необходимо сложить векторыa 1 - иa 2 - . Это и есть ускорение Кориолиса точки C.
a кор - = a 1 - + a 2 -
a кор = a 1 + a 2 = 2 * ω пер * v отн
13. Основные зависимости скорости и ускорения точки C в неподвижной системе координат в векторной и абсолютной формах для нашего примера выглядят так:
v - = v отн - + v пер -
v = (v отн 2 + ω пер 2 * S 2) 0,5
a - = a пер - + a кор -
a = (ω пер 4 * S 2 + a кор 2) 0,5 = (ω пер 4 * S 2 + 4 * ω пер 2 * v отн 2) 0,5
Итоги и выводы
Ускорение Кориолиса возникает при сложном движении точки только при одновременном выполнении трех независимых условий:
1. Переносное движение должно быть вращательным. То есть угловая скорость переносного движения должна быть не равна нулю.
3. Относительное движение должно быть поступательным. То есть линейная скорость относительного движения не должна быть равна нулю.
Для определения направления вектора ускорения Кориолиса необходимо повернуть вектор линейной относительной скорости на 90° в сторону переносного вращения.
Если точка обладает массой, то согласно второму закону Ньютона кориолисово ускорение совместно с массой создадут силу инерции, направленную в сторону противоположную вектору ускорения. Это и есть сила Кориолиса !
Именно сила Кориолиса, действуя на некотором плече, создает момент, который называется гироскопическим моментом!
О гироскопических явлениях можно прочитать в целом ряде других статей этого блога.
Подписывайтесь на анонсы статей в окнах, расположенных в конце каждой статьи или вверху каждой страницы, и не забывайте подтверждать подписку.
В этой статье мне, как всегда, хотелось кратко и доходчиво рассказать о весьма непростых понятиях – об ускорении и силе Кориолиса. Удалось это или нет с интересом прочту в Ваших комментариях, уважаемые читатели!
На околонаучных форумах с удивительной периодичностью разгораются нешуточные дебаты о том, что же такое сила Кориолиса и каковы ее видимые проявления. Несмотря на почтенный возраст открытия - явление было описано еще в 1833 году - некоторые люди иногда путаются в выводах. Например, так как чаще всего сила Кориолиса связывается с явлениями в океанах и атмосфере, то на просторах Интернета можно встретить утверждение, согласно которому подмыв берегов рек происходит с правой стороны, а в Южном размывающее действие воды оказывается преимущественно на левые берега. Одни утверждают, что данное явление создает сила Кориолиса. Их оппоненты объясняют все иначе: из-за вращения планеты твердая поверхность смещается немного быстрее (менее инерционна), чем масса воды и из-за этой разницы происходим подмыв. Хотя в какой-то части происходящих в океане процессов, действительно, «виновна» сила Кориолиса. Сложность в определении ее из комплекса других воздействий. Кориолисовое проявление, как и взаимодействия, потенциально.
Давайте определимся, что же это за сила и почему представляет такой интерес. Так как нашу планету можно считать неинерциальной системой (движется и вращается), то любой процесс, рассматриваемый относительно ее, должен учитывать инерцию. Обычно для пояснения этого используют особый маятник длиной свыше 50 м и массой в десятки килограмм. Кроме того, относительно неподвижного наблюдателя, стоящего на полу, плоскость, в которой маятник качается, вращается по окружности. Если значение скорости вращения планеты окажется выше, чем маятника, то его условная плоскость будет смещаться в сторону Северного полушария, вращаясь в обратную, относительно хода часов, сторону. Верно и обратное: повышение периода выше, чем скорость вращения Земли, приведет к смещению в направлении хода часовых стрелок. Так происходит из-за того, что вращение планеты создает в системе маятника поворотное ускорение, вектор которого смещает плоскость качения.
Для объяснения, можно воспользоваться примером из жизни. Наверняка, каждый, будучи ребенком, катался на карусели, представляющей собой вращающийся с какой-то большой диск. Представим себе две точки на таком диске: одна вблизи центральной оси (А), а вторая - на ближнем к краю радиусе (Б). Если человек, находящийся в точке А, решит переместиться в точку Б, то, на первый взгляд, наиболее оптимальной будет прямая линия А-Б, фактически, являющаяся радиусом диска. Но с каждым шагом человека точка Б смещается, так как диск продолжает вращаться. В результате, если продолжать двигаться вдоль намеченной линии-радиуса, то при достижении радиуса точки Б, ее там уже не окажется из-за смещения. Если же человек будет корректировать свой путь в соответствии с действительным положением Б, то траектория представит собой кривую линию, волну, вершина которой будет направлена против направления вращения. Однако существует способ пройти от А к Б по прямой линии: для этого требуется увеличить скорость передвижения, сообщив телу (человеку) ускорение. С увеличением расстояния А-Б для сохранения необходимо все все больший импульс скорости. Отличие описываемой силы от центробежной в том, что направление последней совпадает с радиусом на вращающейся окружности.
Итак, на перемещение по вращающемуся объекту оказывает действие сила Кориолиса. Формула ее следующая:
F = 2*v*m*cosFi,
где m - масса двигающегося тела; v - скорость перемещения; cosFi - величина, учитывающая угол между направлением движения и осью вращения.
Или, в векторном представлении:
где а - ускорение кориолиса. Знак «-» возникает потому, что сила со стороны движущегося тела противоположна направленности.
Сила Кориолиса в природе
Самый обычный пример использования силы Кориолиса - это эффект ускорения кручения танцоров. Чтоб ускорить свое вращение, человек может начать вертеться с обширно разведёнными в стороны руками, а потом - уже в процессе - резко придавить руки к туловищу, что вызовет повышение радиальный скорости (согласно закону сохранения момента импульса). Эффект силы Кориолиса проявится в том, что для подобного движения руками придётся прикладывать усилия не только лишь по направлению к телу, да и в направлении по вращению. При всем этом появляется чувство, что руки отталкиваются от чего-то, при всем этом ещё больше ускоряясь.
Сила Кориолиса также проявляется, к примеру, в работе маятника Фуко. Не считая того, так как Земля крутится, то сила Кориолиса проявляется и в глобальных масштабах. В северном полушарии сила Кориолиса ориентирована на право от движения, потому правые берега рек в Северном полушарии более крутые - их подмывает вода под действием этой силы (см. Закон Бэра). В Южном полушарии всё происходит напротив. Сила Кориолиса несет ответственность также и за вращение циклонов и антициклонов.
Вопреки расхожему воззрению, маловероятно, что сила Кориолиса целиком определяет направление закручивания воды в водопроводе - к примеру, при сливе в раковине. Хотя в различных полушариях она вправду стремится закручивать водяную воронку в различных направлениях, при сливе появляются и побочные потоки, зависящие от формы раковины и конфигурации канализационной системы. По абсолютной величине создаваемые этими потоками силы превосходят силу Кориолиса, потому направление вращения воронки как в Северном, так и в Южном полушарии может быть как по часовой стрелке, так и против неё.
Сила Кориолиса (по имени французского учёного Г. Кориолиса, в первый раз его описавшего) - одна из сил инерции, существующая в неинерциальной (вращающейся) системе отсчёта из-за вращения и законов инерции, проявляющаяся при движении в направлении под углом к оси вращения. Ускорение Кориолиса было получено Г.Кориолисом в 1833г., К.Гаусом в 1803г. и Л.Эйлером в 1765 г.
Причина возникновения силы Кориолиса - в кориолисовом (поворотном) ускорении. Для того, чтоб тело двигалось с кориолисовым ускорением, нужно приложение силы к телу, равной F = ma, где a - кориолисово ускорение. Соответственно, тело действует по третьему закону Ньютона с силой обратной направленности. FK = - ma. Сила, которая действует со стороны тела, и будет называться силой Кориолиса. Не следует путать Кориолисову силу с иной силой инерции - центробежной силой, которая ориентирована по радиусу вращающейся окружности.
В инерциальных системах отсчёта действует закон инерции, другими словами, каждое тело стремится двигаться по прямой и с неизменной скоростью. В том случае разглядеть движение тела, равномерное повдоль некого вращающегося радиуса и направленное от центра, то станет ясно, что чтоб оно осуществилось, требуется придавать телу ускорение, потому что чем далее от центра, тем должна быть больше касательная скорость вращения. Это означает, что исходя из убеждений вращающейся системы отсчёта, некоторая сила будет пробовать сдвинуть тело с радиуса.
В том случае вращение происходит по часовой стрелке, то двигающееся от центра вращения тело будет стремиться сойти с радиуса на лево. В том случае вращение происходит против часовой стрелки - то на право.
Итог действия силы Кориолиса будет наибольшим при продольном перемещении объекта по отношению к вращению. Как следует, на Земле это будет при движении по меридиану, при всем этом тело отклоняется на право при движении с севера на юг и на лево при движении с юга на север. Для этого явления имеются две предпосылки: 1-ая, вращение Земли на восток; и 2-ая - зависимость от географической широты тангенциальной скорости точки на поверхности Земли (эта скорость равна нулю на полюсах и добивается собственного наибольшего значения на экваторе).
Следовательно, при выстреле пушки на север из хоть какой точки на экваторе, снаряд падает восточнее собственного сначало данного направления. Это отклонение разъясняется тем фактом, что на экваторе снаряд двигается к востоку резвее, чем в хоть какой точке севернее. Подобно, в том случае стрелять со стороны северного полюса, то снаряд должен падать правее по отношению к собственной прицельной точке. Потому что в данном случае за время полета цель успевает переместиться к востоку далее из-за собственной большей, чем у снаряда, восточной скорости. Подобные смещения происходят при любом выстреле, в том случае только начальная скорость снаряда имеет ненулевую проекцию на направление север - юг.
Первоисточники:
См. Закон Бэра - Бабине.
- - Корио́лиса ускоре́ние, часть полного ускорения тела, появляющегося при его движении во вращающейся системе отсчёта, например при движении по поверхности Земли...
Географическая энциклопедия
- - закон, согласно которому сила притяжения двух масс пропорциональна их произведению и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. О физической природе тяготения см. Тяготение...
Начала современного Естествознания
- - одна из "сил инерции", применяемых для описания движения в неинерциальной системе координат, произведение массы на ускорение Кориолиса - векторное произведение угловой скорости на радиальную: ஐ ", Мопертюи или...
Мир Лема - словарь и путеводитель
- - кориолисова сила, дополнительная сила инерции, действующая на относительное движение тела. Эффект, учитываемый силой кориолиса на Земле, обусловлен ее суточным вращением и заключается в том,...
Экологический словарь
- - сила инерции, с помощью к-рой учитывается влияние вращения системы отсчёта на относительное движение материальной точки...
- - см. в ст. Кориолиса сила....
Большой энциклопедический политехнический словарь
- - в США закон о регулировании трудовых отношений, принятый в 1935 г. по инициативе сенатора Р. Вагнера...
Словарь юридических терминов
- - одна из сил инерции, вводимая для учёта влияния вращения подвижной системы отсчёта на относительное движение тела. На Земле влияние К. с. обусловлено суточным вращением планеты и проявляется в том, что свободно...
- - часть полного ускорения тела, появляющаяся при его движении во вращающейся системе отсчёта, напр. при движении по поверхности Земли. Понятие введено Г. Кориолисом в 1829...
Естествознание. Энциклопедический словарь
- - ускорение, возникающее при воздействии на тело силы, вызывающей равномерное вращение я обусловливающей линейное перемещение тела по отношению к оси вращения...
Большой медицинский словарь
- - возрастное скольжение отдельных петрографических горизонтов - типов осадков и их границ; явление, обусловленное движением береговой линии...
Геологическая энциклопедия
- - если вблизи проволоки, концы которой замкнуты, возникает изменяющееся по времени магнитное поле, то в контуре возникает электродвижущая сила и по проволоке пойдет электрический ток....
Морской словарь
- - а тела, движущиеся вдоль земной поверхности в направлении меридиана, отклоняются в Северном полушарии вправо, а в Южном - влево от направления их движений...
- - поворотное ускорение, часть полного ускорения точки, появляющаяся при т. н. сложном движении, когда переносное движение, т. е. движение подвижной системы отсчёта, не является поступательным...
Большая Советская энциклопедия
- - обвенчаться, выходить замуж, жениться Ср. Вестимо - боярыня! Не сегодня, так завтра будешь боярыней. Пора Андрею Юрьичу в закон вступить. Гр. А. Толстой. Посадник. 2...
Толково-фразеологический словарь Михельсона
- - Изменение звуков по определенным правилам, формула звуковых соответствий или переходов, свойственная тому или иному языку или группе родственных языков...
Словарь лингвистических терминов Т.В. Жеребило
"ЗАКОН КОРИОЛИСА" в книгах
Глава 38. Закон ответственности. Закон правильности выбора. Закон целесообразности
автора Ревнов ВалентинГлава 38. Закон ответственности. Закон правильности выбора. Закон целесообразности Сергий продолжил:– Содержание Закона Ответственности таково: я в ответе за мой мир и за всё, что в нём происходит, потому что всё в своём мире создал я сам.Можно сделать вывод: если всё, с чем
Глава 40. Закон изобилия. Закон времени. Закон чистоты помыслов
Из книги Кот, который знает всё… О чуде исцеления души и тела, доступном каждому автора Ревнов ВалентинГлава 40. Закон изобилия. Закон времени. Закон чистоты помыслов – Закон гласит: Вселенная изобильна! Или, говоря другими словами: у Бога всего много! Во Вселенной есть всё для каждого. Каждый из нас – часть целого. Мир создан для нас, а мы для него.Для того чтобы стать
Глава 6 Закон Притяжения - самый могущественный закон Вселенной
Из книги Учение Абрахама. Том 1 автора Хикс ЭстерГлава 6 Закон Притяжения - самый могущественный закон Вселенной Каждая мысль обладает вибрационной природой, каждая мысль излучает сигнал и притягивает обратно точно такой же. Мы называем этот процесс Законом Притяжения. Закон Притяжения гласит: подобное притягивает
Глава 8 Закон равновесия – главный космический закон благоденствия
Из книги Крайон: мудрость нового времени. Избранные послания Учителей Света автора Сотникова НатальяГлава 8 Закон равновесия – главный космический закон благоденствия Гармония, принцип золотой середины… Сейчас многие считают его изобретением Аристотеля, однако он гораздо старше. И представляет собой на самом деле один из главных космических законов благоденствия –
Глава 6 Закон притяжения – самый могущественный закон вселенной
Из книги Мечты сбываются. Закон Притяжения в действии автора Хикс ЭстерГлава 6 Закон притяжения – самый могущественный закон вселенной Каждая мысль обладает вибрационной природой, каждая мысль излучает сигнал и притягивает обратно точно такой же. Мы называем этот процесс Законом Притяжения. Закон Притяжения гласит: подобное притягивает
Первый духовный закон успеха – это Закон Чистой Потенциальности
Из книги Семь духовных законов успеха автора Чопра ДипакПервый духовный закон успеха – это Закон Чистой Потенциальности Этот закон основан на том, что мы, по самой своей сущности, есть чистое сознание. Чистое сознание – это чистая потенциальность, это поле всех возможностей и бесконечных творческих способностей. Чистое
Глава первая Закон интеллектуальной эволюции человечества или закон трех стадий
Из книги Дух позитивной философии автора Конт ОгюстГлава первая Закон интеллектуальной эволюции человечества или закон трех стадий 2. Согласно моей основной доктрине, все наши умозрения, как индивидуальные, так и родовые должны неизбежно пройти, последовательно три различные теоретические стадии, которые смогут быть
Сила Кориолиса
Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр ИсааковичСила Кориолиса Своеобразие мира вращающихся систем не исчерпывается существованием радиальных сил тяжести. Познакомимся с еще одним интересным эффектом, теория которого была дана в 1835 году французом Кориолисом.Поставим перед собой такой вопрос: как выглядит
5. Первый закон о полях. Закон Терентилия. Арсы. Децемвиры.
Из книги Мифы древнего мира автора Беккер Карл Фридрих5. Первый закон о полях. Закон Терентилия. Арсы. Децемвиры. (480…450 г. до Р.Х.)Большая несправедливость в отношении плебеев совершалась потому, что значительная часть земель, отнятых у неприятеля и ставших собственностью государства, была предоставлена патрициями, и они
Кориолиса сила
БСЭКориолиса ускорение
Из книги Большая Советская Энциклопедия (КО) автора БСЭЗакон, мораль, прецедент, инвалиды и гаишники О борьбе за справедливость, не опирающуюся на закон, и о законе, не опирающемся на практику и жизнь
Из книги Бумажное радио. Прибежище подкастов: буквы и звуки под одной обложкой автора Губин ДмитрийЗакон, мораль, прецедент, инвалиды и гаишники О борьбе за справедливость, не опирающуюся на закон, и о законе, не опирающемся на практику и жизнь http://www.podst.ru/posts/6004/Если помните, перед самым началом сезона отпусков Совет Федерации решил в 25 раз поднять штрафы за парковку на
24. Христос отменил церемониальный закон, но исполнил и утвердил моральный закон.
Из книги Миф или действительность. Исторические и научные доводы в защиту Библии автора Юнак Дмитрий Онисимович24. Христос отменил церемониальный закон, но исполнил и утвердил моральный закон. Мат. 5,17: «Не думайте, что Я пришел нарушить закон или пророков, не нарушить пришел Я, но исполнить».Ефес. 2,15: «Упразднив вражду Плотию Своею, а закон заповедей учением…"Рим. 10,4: «Потому что конец
Глава 92 ЗАКОН ОБ ОПАСНО БОЛЬНОМ И ЗАКОН О ТОМ, КТО ВЫНУЖДЕН СОВЕРШИТЬ ПРЕСТУПЛЕНИЕ
Из книги Кицур Шульхан Арух автора Ганцфрид ШломоЗакон правильности принятия решения, или Закон наилучшего выбора
Из книги Танцы на граблях. Свою судьбу мы делаем сами! Законы межличностных отношений и алгоритм решения любых проблем автора Слободчиков Сергей ОлеговичЗакон правильности принятия решения, или Закон наилучшего выбора Ну а теперь про работу над ошибками. Про то, что считать ошибками, и про то, существуют ли ошибки как таковые. Ни для кого не является секретом такое утверждение: мы всегда стоим перед выбором - в каждую
Представьте, что кто-то, находясь на Северном полюсе, бросил мяч кому-то, кто находится на экваторе. Пока мяч летел, Земля немного повернулась вокруг своей оси, и ловящий успел сместиться к востоку. Если бросающий, целясь мячом, не учел этого движения Земли, мяч упал западнее (или левее) ловящего. С точки зрения человека на экваторе получается, что мяч летел левее, чем надо, с самого начала - как только его выпустил из рук бросающий, - и до тех пор, пока не приземлился.
Согласно законам механики Ньютона, чтобы движущееся прямолинейно тело отклонилось от изначально заданной траектории, на него должна действовать какая-то внешняя сила. Значит, ловящий на экваторе должен сделать вывод, что брошенный мяч отклонился от прямолинейной траектории под действием некоей силы. Если бы мы смогли посмотреть на летящий мяч из космоса, мы бы увидели, что на самом деле никакая сила на мяч не действовала. Отклонение же траектории было вызвано тем, что Земля успела повернуться под мячом, пока он летел по прямой. Таким образом, действует в подобной ситуации какая-то сила или нет, - это целиком зависит от системы отсчета, в которой находится наблюдатель.
И подобное явление неизбежно возникает, когда есть какая-нибудь вращающаяся система координат - например, Земля. Для описания этого явления физики часто используют выражение фиктивная сила, имея в виду, что сила «реально» отсутствует, просто наблюдателю во вращающейся системе отсчета кажется, что она действует (другой пример фиктивной силы - это центробежная сила). И противоречий здесь нет никаких, поскольку оба наблюдателя единодушны относительно реальной траектории полета мяча и уравнений, ее описывающих. Расходятся они лишь в терминах, которые они используют для описания этого движение.
Фиктивная сила, которая действует в приведенном выше примере, называется силой Кориолиса - в честь французского физика Гаспара Кориолиса, впервые описавшего этот эффект.
Интересно, что именно сила Кориолиса определяет направление вращения вихрей циклонов, которые мы наблюдаем на снимках, полученных с метеоспутников. Изначально воздушные массы начинают прямолинейно устремляться из областей высокого атмосферного давления в области пониженного атмосферного давления, однако сила Кориолиса заставляет их закручиваться по спирали. (С тем же успехом можно утверждать, что воздушные потоки продолжают двигаться прямолинейно, но, поскольку Земля под ними поворачивается, нам, находящимся на поверхности планеты, кажется, что они движутся по спирали.) Вернемся к примеру с бросанием мяча с полюса к экватору. Нетрудно понять, что в Северном и Южном полушариях сила Кориолиса действует на движущееся тело в прямо противоположных направлениях. Именно поэтому в Северном полушарии вихри циклонов кажутся закрученными против часовой стрелки, а в Южном - по часовой стрелке.
Отсюда происходит бытующее в народе убеждение, что вода в канализационных отверстиях ванн и раковин в двух полушариях вращается в противоположных направлениях, - якобы это обусловлено эффектом Кориолиса. (Помню, когда я сам был студентом, мы всей группой, включая одного аргентинца, не один час провели в мужском туалете физического факультета Стэнфордского университета, наблюдая за потоками воды в раковине, в надежде подтвердить или опровергнуть эту гипотезу.) На самом же деле, хотя и верно, что сила Кориолиса действует противоположно в двух полушариях, направление закручивания воды в сливной воронке лишь отчасти определяется этим эффектом. Дело в том, что вода долгое время течет по водопроводным трубам, при этом в потоке воды образуются течения, которые, хоть их и трудно увидеть простым глазом, продолжают закручивать струю воды и тогда, когда она льется в раковину. Кроме того, когда вода уходит в сливное отверстие, могут создаваться похожие течения. Именно они определяют направление движения воды в воронке, поскольку силы Кориолиса оказываются гораздо слабее этих течений. В обычной жизни направление закручивания воды в сливной воронке в северном и южном полушариях больше зависит от конфигурации канализационной системы, чем от действия природных сил.
Однако все-таки нашлась группа экспериментаторов, которой хватило терпения повторить этот опыт в «чистых» условиях. Они взяли идеально симметричную раковину сферической формы, устранили канализационные трубы, позволив воде проходить сквозь сливное отверстие свободно, оборудовали сливное отверстие автоматической заслонкой, которая открывалась лишь после того, как в воде успокаивались любые остаточные токи, - и увидели-таки эффект Кориолиса в действии! Несколько раз им даже удалось увидеть, как вода сначала под слабым внешним воздействием закручивалась в одну сторону, а затем силы Кориолиса брали верх, и направление спирали менялось на противоположное!
