2.1-Sth aboat科里奧利力ppt課件

1、0910327 物院3班 于夢(mèng)洋在講非慣性系的時(shí)候，教材中提在講非慣性系的時(shí)候，教材中提到了科里奧到了科里奧 利力這樣一個(gè)名詞。利力這樣一個(gè)名詞。課本上雖然也給出了公式及一些課本上雖然也給出了公式及一些說明，但我覺得對(duì)此概念的了解說明，但我覺得對(duì)此概念的了解還不是很透徹。于是我在課下查還不是很透徹。于是我在課下查了一些與科里奧利力有關(guān)的一些了一些與科里奧利力有關(guān)的一些資料，包括其歷史原因、公式的資料，包括其歷史原因、公式的具體推導(dǎo)過程、影響及應(yīng)用與大具體推導(dǎo)過程、影響及應(yīng)用與大家分享。家分享?？评飱W利力是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的。我們都知道，牛頓的經(jīng)典力學(xué)是有應(yīng)用范圍的，科里奧利力是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)

2、的。我們都知道，牛頓的經(jīng)典力學(xué)是有應(yīng)用范圍的，即宏觀低速慣性系。按這種想法，牛頓定律在旋轉(zhuǎn)體系中似乎并不適用。因而，如何即宏觀低速慣性系。按這種想法，牛頓定律在旋轉(zhuǎn)體系中似乎并不適用。因而，如何處理旋轉(zhuǎn)體系中物體的受力曾一度成為一大難題。處理旋轉(zhuǎn)體系中物體的受力曾一度成為一大難題。 1835年，法國氣象學(xué)家科里奧利提出，年，法國氣象學(xué)家科里奧利提出，為了描述旋轉(zhuǎn)體系的運(yùn)動(dòng)，需要在運(yùn)動(dòng)方程中引入一個(gè)假想的力，這就是科里奧利力。為了描述旋轉(zhuǎn)體系的運(yùn)動(dòng)，需要在運(yùn)動(dòng)方程中引入一個(gè)假想的力，這就是科里奧利力。引入科里奧利力之后，人們可以像處理慣性系中的運(yùn)動(dòng)方程一樣簡單地處理旋轉(zhuǎn)體系中引入科里奧利力之后，

3、人們可以像處理慣性系中的運(yùn)動(dòng)方程一樣簡單地處理旋轉(zhuǎn)體系中的運(yùn)動(dòng)方程，大大簡化了旋系的處理方式。的運(yùn)動(dòng)方程，大大簡化了旋系的處理方式。由于人類生活的地球本身就是一個(gè)巨大的旋轉(zhuǎn)體系，由于人類生活的地球本身就是一個(gè)巨大的旋轉(zhuǎn)體系，因而科里奧利力很快在流體運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。因而科里奧利力很快在流體運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。認(rèn)識(shí)歷史認(rèn)識(shí)歷史科里奧利whats coriolis force? 定義：科里奧利力定義：科里奧利力Coriolis forceCoriolis force簡稱為科簡稱為科氏力氏力. .物體相對(duì)于勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體相對(duì)于勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系運(yùn)動(dòng)時(shí)，處收到與位置有關(guān)的、沿

4、徑向外的慣性力心處收到與位置有關(guān)的、沿徑向外的慣性力心力，還受到與速度有關(guān)的、沿橫向的另一種力，還受到與速度有關(guān)的、沿橫向的另一種慣性力，即科里奧利力。慣性力，即科里奧利力。 公式表達(dá)：公式表達(dá)：F=2MV F=2MV WW式中F為科里奧利力；m為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量；v為質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度；為旋轉(zhuǎn)體系的角速度；表示兩個(gè)向量的叉乘。因而，F(xiàn)的方向恒垂直于v和w確定的平面。又由于F與V垂直，所以F只改變質(zhì)點(diǎn)的速度方向而不改變其大小。 公式的推導(dǎo)公式的推導(dǎo)雖然課本上對(duì)此已有介紹,但是我覺得略顯突兀.所以在此將其推導(dǎo)的詳細(xì)過程加以整理.OA和OB分別表示在慣性系中質(zhì)點(diǎn)在t=0 ,t=t時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置。顯然 =wt

5、. t=0時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)的徑向速度為v ，橫向速度為wr ，t=t 時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)的徑向速度為 v,橫向速度大小為w(r+r) 。在t 時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)橫向速度變化的大小為v=w(r+rcos +vsin-wr由于很小，所以cos =1，sin=上式變?yōu)関=wr+v橫向加速度大小為a=wr/t+v/t=2wv質(zhì)點(diǎn)受到的真實(shí)橫向力為F= 2mwv在轉(zhuǎn)動(dòng)參考系中，為使質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式上滿足牛頓定律，必須附加橫向慣性力科里奧利力，所以，科里奧利力大小為F=2MV W科里奧利力來自于物體運(yùn)動(dòng)所具有的慣性，在旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，由于慣性的作用，有沿著原有運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的趨勢，但是由于體系本身是旋轉(zhuǎn)的，在經(jīng)

6、歷了一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后，體系中質(zhì)點(diǎn)的位置會(huì)有所變化，而它原有的運(yùn)動(dòng)趨勢的方向，如果以旋轉(zhuǎn)體系的視角去觀察，就會(huì)發(fā)生一定程度的偏離。當(dāng)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于慣性系做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系，其軌跡是一條曲線。立足于旋轉(zhuǎn)體系，我們認(rèn)為有一個(gè)力驅(qū)使質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡形成曲線， imgsrc.baidu/baike/pic/item/7d989310999bf721213f2eb0.jpg不是真實(shí)存在的力，而是慣性作用在非慣性系內(nèi)的體現(xiàn)，是一種慣性力。而所謂慣性力，就是為了在非慣性系中運(yùn)用牛頓定律時(shí)產(chǎn)生的假想力。 科里奧利力產(chǎn)生的影響科里奧利力產(chǎn)生的影響為了證明地球在自轉(zhuǎn)，法國物理學(xué)家傅科(18191868）于1

7、851年做了一次成功的擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)，傅科擺由此而得名。實(shí)驗(yàn)在法國巴黎的一個(gè)圓頂大廈進(jìn)行，擺長67米，擺錘重28公斤，懸掛點(diǎn)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)使摩擦減少到最低限度。這種擺慣性和動(dòng)量大，因而基本不受地球自轉(zhuǎn)影響而自行擺動(dòng)，并且擺動(dòng)時(shí)間很長。在傅科擺實(shí)驗(yàn)中，人們看到，擺動(dòng)過程中擺動(dòng)平面沿順時(shí)針方向緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)方向不斷變化。分析這種現(xiàn)象，擺在擺動(dòng)平面方向上并沒有受到外力作用，按照慣性定律，擺動(dòng)的空間方向不會(huì)改變，因而可知，這種擺動(dòng)方向的變化，是由于觀察者所在的地球沿著逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，地球上的觀察者看到相對(duì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，從而有力地證明了地球是在自轉(zhuǎn)。傅科擺放置的位置不同，擺動(dòng)情況也不同。在北半球時(shí)，擺動(dòng)平面順

8、時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；在南半球時(shí)，擺動(dòng)平面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而且緯度越高，轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快；在赤道上的擺幾乎不轉(zhuǎn)動(dòng)。 1.傅科擺傅科擺傅科傅科傅科擺擺面轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度傅科擺擺面轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與所在緯度的關(guān)系與所在緯度的關(guān)系設(shè)NS 為地軸，P,Q 為同一緯度上的兩點(diǎn)，若開始時(shí)擺位于P點(diǎn)處在南北方向上振動(dòng)，即在PA 方向上振動(dòng)PA 為過P 子午線的切線，A 為地軸上一點(diǎn)），若以地球?yàn)閰⒖枷?，?jīng)過t后，P 點(diǎn) 轉(zhuǎn)動(dòng)了 角，移動(dòng)到Q 點(diǎn)。所以在地面上看去好像擺錘的振動(dòng)方向改變了,下面來計(jì)算傅科擺擺面轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與緯度的關(guān)系在 t 很小的條件下，PQ=AP=POR為地球半徑， 為P 點(diǎn)的緯度,那么PO=Rcos,AP=Rcot=

9、 PQ/AP=Rcos/Rcot=sin=/t=sin/t=wsin即=wsin這樣就不難理解為什么南北極處傅科擺轉(zhuǎn)動(dòng)周期為24小時(shí)，而且緯度越高，轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快；在赤道上的擺幾乎不轉(zhuǎn)動(dòng)了。 落體偏東是科里奧利力對(duì)沿垂直方向運(yùn)動(dòng)的物體的作用的結(jié)果。落體偏東的數(shù)值以赤道最大，向兩極減小至0?？偟恼f來，數(shù)值都很小。例如，在緯度40的地方，在離地面200米高處自由下落的物體，偏東的數(shù)值約為4.75厘米，加上其它因素如風(fēng)的干擾，難于察覺。在很深的礦井中所作的落體試驗(yàn)，除赤道上證明是偏東而外，在北、南半球由于地球自轉(zhuǎn)慣性離心力的影響，分別是偏東略南和偏東略北。 2.2.落體偏東落體偏東落體偏東的計(jì)算落體偏

10、東的計(jì)算設(shè)為地球上某點(diǎn)的緯度F=2mwvsin(/2+ )=2mwvcosMdx/dt=2mwvcos=2mwgtcos由于t=0時(shí)，dx/dt=0,x=0對(duì)積分兩次后可得X=wgtcos/3又因?yàn)閔=gt代入可得X=wcosh3/28/9g地球上一切運(yùn)動(dòng)的物體，如氣流、洋流、河流、交通工具及飛行物等，都受到科里奧利力的作用。只有當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的方向平行于地鈾時(shí)，F(xiàn)科為0。 如將科里奧利力分解成垂直方向和水平方向的兩個(gè)分力，則垂直分力使運(yùn)動(dòng)物體的重力略有改變?cè)黾踊驕p少），水平分力使物體運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化（北半球偏右，南半球偏左，赤道上不偏）。若P1為北半球一向東運(yùn)動(dòng)的物體，其速度為v，表示方向垂直于

11、紙面向內(nèi)。按照右手法則，此時(shí)F科方向垂直于地軸向外，如將其分解成兩個(gè)分力，則垂直分力f1使物體的重量略有減小，水平分力f2使物體運(yùn)動(dòng)方向偏南右）。P2則為南半球向東運(yùn)動(dòng)的物體，f2使其方向偏北左）。人們通常說的地轉(zhuǎn)偏向力就是指的科里奧力的水平分力，它在數(shù)值上等于 2mvsinj ，其中j 為當(dāng)?shù)鼐暥?。在其它條件相同時(shí)，地轉(zhuǎn)偏向力同運(yùn)動(dòng)物體所在緯度的正弦成正比，即兩極最大向赤道減小至0。在赤道上沿東西方向運(yùn)動(dòng)的物體圖2中P2和P4），地轉(zhuǎn)偏向力為0，但科里奧利力不為 0。此時(shí)科里奧利力是沿垂直方向的，其水平分力為0。 地球上高、中、低緯度的三圈大氣環(huán)流、洋流系統(tǒng)的形成、氣旋與反氣旋的旋轉(zhuǎn)，大河兩

12、岸的不對(duì)稱，都同地轉(zhuǎn)偏向力的作用有關(guān)。它們既是地球自轉(zhuǎn)的后果，也是地球自轉(zhuǎn)的征據(jù)。 3.3.水平運(yùn)動(dòng)物體的方向偏轉(zhuǎn)水平運(yùn)動(dòng)物體的方向偏轉(zhuǎn) 科里奧利力會(huì)對(duì)分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜產(chǎn)生影響?？评飱W利力會(huì)對(duì)分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜產(chǎn)生影響。分子的振動(dòng)可以看作質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)，分子整體的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生影響，分子的振動(dòng)可以看作質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)，分子整體的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生影響，從而使得原本相互獨(dú)立的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)之間產(chǎn)生耦合，另外由于科里奧利力從而使得原本相互獨(dú)立的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)之間產(chǎn)生耦合，另外由于科里奧利力的存在，原本相互獨(dú)立的振動(dòng)模之間也會(huì)發(fā)生能量的溝通，這種能量的溝通的存在，原本相互獨(dú)立的振動(dòng)模之間也會(huì)發(fā)生能量的溝通，

13、這種能量的溝通會(huì)對(duì)分子的紅外光譜和拉曼光譜行為產(chǎn)生影響。會(huì)對(duì)分子的紅外光譜和拉曼光譜行為產(chǎn)生影響。 4. 4. 對(duì)分子光譜的影響對(duì)分子光譜的影響科里奧利力的應(yīng)用科里奧利力的應(yīng)用 質(zhì)量流量計(jì)讓被測量的流體通過一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或者振動(dòng)中的測量管，流體在管道中的流動(dòng)相當(dāng)于直線運(yùn)動(dòng)，測量管的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)角速度，由于轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)是受到外加電磁場驅(qū)動(dòng)的，有著固定的頻率，因而流體在管道中受到的科里奧利力僅與其質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，而質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度即流速的乘積就是需要測量的質(zhì)量流量，因而通過測量流體在管道中受到的科里奧利力，便可以測量其質(zhì)量流量。應(yīng)用相同原理的還有粉體定量給料秤，在這里可以將粉體近似地看作流體處理。1 1 質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)旋轉(zhuǎn)中的陀螺儀會(huì)對(duì)各種形式的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反映，旋轉(zhuǎn)中的陀螺儀會(huì)對(duì)各種形式的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反映，通過記錄陀螺儀部件受到的科里奧利力可以進(jìn)行運(yùn)通過記錄陀螺儀部件受到的科里奧利力可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的測量與控制。動(dòng)的測量與控制。2 2 陀螺儀陀螺儀相信通過以上對(duì)科里奧利力的歷史起源、公式相信通過以上對(duì)科里奧利力的歷史起源、公式推導(dǎo)、實(shí)際影響推