科里奧利力的詳細(xì)講解ppt課件

1、,由臺風(fēng)想到的,-關(guān)于科里奧利力的一些思考,郭明瑋 pb05000628,1,天高云淡,水波不驚,遠(yuǎn)處的山峰道映在如藍(lán)寶石般清澈透明的水中,別有一番風(fēng)味,大自然給我們帶來了無窮無盡的視覺與心靈的享受,但.,但大自然也擁有著令人類恐怖的,給人們造成致命一擊的破壞力,2,每年大自然都以他的強(qiáng)大破壞力向人類發(fā)出警告：不要忽略我的力量。每個(gè)夏天因臺風(fēng)、颶風(fēng)造成的損失，高達(dá)數(shù)百億美圓之多，自然災(zāi)害也因而深深得影響著人類的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會安定。如何去將臺風(fēng)、颶風(fēng)給人類造成的危害降低到最低點(diǎn)，甚至去利用臺風(fēng)、颶風(fēng)為人類造福呢？要做到這一點(diǎn)，首先應(yīng)該加強(qiáng)對臺風(fēng)與颶風(fēng)的了解。在這里我主要從力學(xué)的角度來分析一下臺風(fēng)

2、與颶風(fēng)的形成。,3,從質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)的觀點(diǎn)可以知道，臺風(fēng)的氣體環(huán)流是科里奧利力在地球上的一種表現(xiàn)形式。,4,我們從科里奧利加速度的推導(dǎo)來了解一下什么是科里奧利加速度和科里奧利力,5,動參考系作任意方式的運(yùn)動,相對于k系做勻速運(yùn)動的點(diǎn)具有科里奧利加速度：,P點(diǎn)相對于K/系作勻速運(yùn)動 ，有：,6,動參考系作任意方式的運(yùn)動,令：,則有：,上式中第二項(xiàng)稱為稱為科里奧利加速度，這是法國人科里奧利（G.Coriolis）于1835年提出的。,7,動參考系作任意方式的運(yùn)動,當(dāng)：,在 K 系看，P點(diǎn)受到真實(shí)力 F 作用：,在 K/ 系看，為了能形式上使用牛頓定律，質(zhì)點(diǎn)P點(diǎn)所受的表現(xiàn)力必須為零，故質(zhì)點(diǎn) P 除了受慣

3、性離心力 fc 作用外，還受到另一力 fcor 作用：,fcor稱為科里奧利力,8,動參考系作任意方式的運(yùn)動,由科里奧利力的表達(dá)式可見，該力有三個(gè)特征： 1. 與相對速度成正比，故只有當(dāng)物體相對轉(zhuǎn)動參考系運(yùn)動時(shí)才可能出現(xiàn)； 與轉(zhuǎn)動參考系的角速度的一次方成正比，而離心力與角速度的二次方成正比，故當(dāng)參考系的轉(zhuǎn)動角速度較小時(shí)，科里奧利力比離心力更重要； 力的方向總是與相對速度垂直，放不會改變相對速度的大?。辉诘厍蛏袭?dāng)方向向上（如地球的北半球）時(shí)，力沿地面的分量指向相對運(yùn)動的右方，向下（如南半球）時(shí)，力沿地面的分量指向相對運(yùn)動的左方。,9,在這里再介紹一個(gè)有關(guān)于科里奧利力發(fā)現(xiàn)與證明的故事,10,慣性力

4、科里奧利力 人類的視野是廣闊的。他們不僅看到了天空和海洋，看到了眼前的物質(zhì)，看到了各種力的作用，也看到了賴以生存的地球所蘊(yùn)含的深刻運(yùn)動現(xiàn)象。 法國的一位工程師和物理學(xué)家科里奧利發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物體在作為參考系的轉(zhuǎn)動物體上運(yùn)動時(shí)，會受到另一種慣性力（即科里奧利力）的作用。由于地球是一個(gè)轉(zhuǎn)動參考系，所以地面上運(yùn)動物體一般都受到科里奧利力的作用。 1851年2月3日，物理學(xué)家傅科，向法國科學(xué)院報(bào)告了他用單擺證明地球自轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)，宣布了擺動平面所描繪的圓與緯度的正弦成正比。 這個(gè)成功的發(fā)現(xiàn)，促使傅科把單擺按比例放大，并搬到巴黎的偉人祠去做。消息一傳出，立即成了轟動巴黎的一件奇聞。 第二天，巴黎街頭人聲鼎沸，對科

5、學(xué)發(fā)現(xiàn)有興趣的人們，紛紛擁入偉人祠門內(nèi)，而從里面出來的人都嘖嘖稱贊著：“真是奇跡，我竟能看見地球的自轉(zhuǎn)！” 在偉人祠的高大建筑物里，高高的圓屋頂上懸掛著一個(gè)巨大的單擺。這個(gè)單擺擺長67米，相當(dāng)于一座20層樓房的高度，下面懸著一個(gè)28千克的重球，正在緩慢而單調(diào)地?cái)[動著。 “這有什么稀奇，這不過是一個(gè)巨大的單擺而已！”剛擠進(jìn)偉人祠的人群中有人不禁有些失望。 “請注意單擺的擺動方向！”站在旁邊的傅科提醒大家。 人們順著傅科的手指望去，只見臺面上撒了一層細(xì)沙，巨擺緊貼著臺面擺動，細(xì)沙上清晰地留下一條擺動的痕跡。幾分鐘過去了，人們不由得驚奇起來。原來，單擺的每一次擺動，它的方向都有一點(diǎn)微小的變動。一個(gè)小

6、時(shí)以后，單擺的方向移動了十幾度。 “是什么力使巨擺轉(zhuǎn)動呢？”觀看的人們迷惘地四下張望著，“怎么找不到這個(gè)力??？” 這時(shí)，傅科又站在圓臺前大聲對大家說：“女士們、先生們，單擺擺動的方向并沒有變動，而是我們腳下的地球在時(shí)刻不停地轉(zhuǎn)動！”,11,經(jīng)過幾分鐘的安靜之后，人們又一次沸騰起來，他們完全被這個(gè)出色的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)征服了。在巨擺下面，地球自轉(zhuǎn)竟然表現(xiàn)得如此清楚，如此分明！大家不由自主地?fù)砩锨叭?，緊緊地和博科擁抱，向他表示祝賀。 在以后的兩年中，世界許多地方多次重復(fù)了傅科的實(shí)驗(yàn)，研究擺的科學(xué)論文也成倍地增長。 話再說回來，傅科又是怎樣作出這一發(fā)現(xiàn)呢？ 原來，他對擺和地球自轉(zhuǎn)問題的興趣，緣于天文觀察。當(dāng)

7、時(shí)他只有26歲，因要拍攝天空中星體的照片，就需要長時(shí)間曝光，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)在拍攝過程中也就得連續(xù)保持指向天空中的目標(biāo)。 為了控制望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的運(yùn)動，使它能跟蹤目標(biāo)，傅科仿照惠更斯未曾實(shí)現(xiàn)的圓錐擺鐘方案，做了一臺特殊的鐘，并用一根鋼棒支撐擺錘。 就在加工鋼棒的過程中，細(xì)心的傅科注意到，當(dāng)把一根鋼棒夾在車床的卡子上，用手轉(zhuǎn)動車床時(shí)，鋼棒振動總是要維持它原來的振動平面，不隨車床轉(zhuǎn)動。 這一不期而遇的力學(xué)現(xiàn)象，立即引起傅科的重視，使他聯(lián)想到是不是可以用類似的方法，做一個(gè)表演來證明地球的自轉(zhuǎn)。這個(gè)想法一直在他的腦海中縈繞了多年。 1851年1月8日，傅科正在家里觀察一個(gè)2米長的單擺，想進(jìn)一步研究單擺的運(yùn)動規(guī)律

8、，幾小時(shí)過去了。他突然發(fā)現(xiàn)，擺動平面不斷緩慢旋轉(zhuǎn)，逐漸轉(zhuǎn)向“天球晝夜運(yùn)動的方向”。 驚喜若狂的傅科又在巴黎天文臺大廳里，用8米長的單擺重復(fù)這一試驗(yàn)，取得成功。接著，便是本文開頭的一幕，傅科向法國科學(xué)院報(bào)告了他的發(fā)現(xiàn)。 單擺做得很長，擺錘做得很重，便可使擺動持續(xù)較長時(shí)間，并使擺本身的慣性加大，抵抗空氣阻力的本領(lǐng)也增大。這樣就可使人們把擺動方向的變化看得更清楚。 為了表彰傅科的功績，各國科學(xué)家一致決定，把巨擺命名為“傅科擺”。,12,轟動巴黎的傅科擺表演，生動而形象地證明因地球自轉(zhuǎn)而引起科里奧利力的理論，并且告訴人們地面上的這種偏轉(zhuǎn)力是沿水平方向的，從而使長期以來對河流、海洋這一類因地球自轉(zhuǎn)有明顯

9、影響的現(xiàn)象研究，獲得堅(jiān)實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ),13,現(xiàn)在我們來具體分析一下臺風(fēng)與科里奧利力的關(guān)系,14,天氣圖上，高、低氣壓環(huán)流能長期存在：,如圖2.24(a),(b)，是北半球高空的情況，圖中虛線表示等壓線，在高空摩擦力可以忽略，氣壓梯度力 F 與科里奧利力 fcor 正好平衡。 圖2.24(c),(d)，是北半球地面的情況。在地面，由于摩擦力 f 的加入，平衡時(shí)是氣壓梯度力 F、科里奧利力 fcor與摩擦力 f 三個(gè)力平衡。 圖2.24(d) 就是我們熟知的臺風(fēng)的氣體環(huán)流圖。,15,臺風(fēng)僅僅只是科里奧利力在地球上的表現(xiàn)形式之一，可以說科里奧利力在我們的日常生活中隨處可見，只要你用心去觀察，比如說： 1地面上北半球河流沖刷右岸，火車對右軌的偏壓較大。（在南半球則對左岸和左軌作用大。） 2自由落體因受科里奧利力的作用，會向東偏斜。 3在北半球的單擺由于受科里奧利力