科里奧利力在生活中產(chǎn)生的現(xiàn)象及其應(yīng)用
本文針對(duì)已經(jīng)對(duì)科里奧利力有一定了解的讀者。
科里奧利力的提出讓人們解釋了很多物理現(xiàn)象,尤其在流體運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。以下是科里奧利力產(chǎn)生現(xiàn)象的幾個(gè)例子。
一、熱帶氣旋的形成。熱帶出現(xiàn)低氣壓中心后,周?chē)髿庠趬毫Σ畹尿?qū)動(dòng)下向低氣壓中心定向移動(dòng),這種移動(dòng)受到科里奧利力的影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而形成旋轉(zhuǎn)的氣流。因此北半球的熱帶氣旋逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),而在南半球則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。此外,旋轉(zhuǎn)的作用也使低氣壓中心得以長(zhǎng)時(shí)間保持。
二、信風(fēng)的方向。信風(fēng)指的是在低空從副熱帶高壓帶吹向赤道低氣壓帶的風(fēng)。地球表面不同緯度光照強(qiáng)度不同,從而形成一系列氣壓帶,導(dǎo)致空氣沿著南北方向發(fā)生移動(dòng)。但是受科里奧利力的影響,在北半球大氣流動(dòng)會(huì)向右偏轉(zhuǎn),南半球大氣流動(dòng)會(huì)向左偏轉(zhuǎn),原本正南北向的大氣流動(dòng)變成東北-西南或東南-西北向的大氣流動(dòng)。因此,在赤道兩邊的低層大氣中,往往是北半球吹東北風(fēng),南半球吹東南風(fēng)。
三、傅科擺。對(duì)于地球上的擺動(dòng),只要擺面方向與地球自轉(zhuǎn)的角速度方向存在一定的夾角,擺面就會(huì)受到科里奧利力的影響,而產(chǎn)生一個(gè)與地球自轉(zhuǎn)方向相反的扭矩,從而使得擺面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。早在1650年,已有人觀察到擺的振動(dòng)面在緩慢地旋轉(zhuǎn),但卻未能對(duì)此現(xiàn)象作出正確的解釋。1851年,法國(guó)物理學(xué)家傅科運(yùn)用科里奧利力說(shuō)明了這種現(xiàn)象,并且設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在北半球擺面會(huì)緩緩向右旋轉(zhuǎn)(傅科擺隨地球自轉(zhuǎn))。
四、河流兩岸沖刷現(xiàn)象的差異。在北半球,水流受到科氏力的作用而偏向于右岸,河流的右岸因此會(huì)受到水流更嚴(yán)重的侵蝕;而在南半球,河流的左岸會(huì)受到更強(qiáng)的侵蝕。并且越靠近赤道,河流兩岸沖刷現(xiàn)象的差異一般就越小。
?人們還利用科里奧利力的原理設(shè)計(jì)了一些儀器。以下列舉兩例。
一、質(zhì)量流量計(jì)。讓被測(cè)量的流體通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或者振動(dòng)中的測(cè)量管,其轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)角速度,并有著固定的頻率。流體在管道中的流動(dòng)相當(dāng)于直線運(yùn)動(dòng),其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(cè)量的質(zhì)量流量,因而通過(guò)測(cè)量流體在管道中受到的科里奧利力,便可以測(cè)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。
二、陀螺儀。陀螺儀是一種角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置,其工作原理是把旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為科里奧利力。振動(dòng)中的陀螺被施加垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的角速度時(shí),將產(chǎn)生波動(dòng)的科里奧利力??评飱W利力等于角速度與相對(duì)速度的矢量外積。因此科里奧利力將產(chǎn)生垂直于主振動(dòng)和角速度軸,并且頻率與主振動(dòng)相同的振動(dòng)。通過(guò)測(cè)量這個(gè)振動(dòng)的振幅,可以測(cè)量出角速度。
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