تجسم اثر کوریولیس [ ویرایش ]
سیالی که در حال چرخش شکل سهمی به خود می گیرد
جسمی که بدون اصطکاک روی سطح یک ظرف سهموی بسیار کم عمق حرکت می کند. جسم به گونه ای رها شده است که یک مسیر بیضوی را دنبال می کند.
سمت چپ : دیدگاه اینرسی.
سمت راست : نقطه نظر چرخشی.
نیروهای در حال بازی در مورد سطح منحنی.
قرمز : گرانش
سبز : نیروی نرمال
آبی : نیروی گریز از مرکز حاصل خالص .
برای نشان دادن اثر کوریولیس، می توان از یک صفحه گردان سهموی استفاده کرد. در یک میز گردان تخت، اینرسی یک جسم دوار آن را از لبه خارج می کند. با این حال، اگر سطح میز گردان شکل پارابولوئید (کاسه سهموی) صحیح را داشته باشد (شکل را ببینید) و با سرعت مربوطه بچرخد، مؤلفه های نیروی نشان داده شده در شکل، مؤلفه گرانش را با سطح کاسه مماس می کند دقیقاً برابر با نیروی مرکزگرا. برای چرخش جسم در سرعت و شعاع انحنای خود (با فرض عدم اصطکاک) ضروری است. (به چرخش لبه دار مراجعه کنید .) این سطح با دقت شکل به نیروی کوریولیس اجازه می دهد تا به صورت مجزا نمایش داده شود. [62] [63]
دیسک هایی که از سیلندرهای یخ خشک بریده شده اندمیتوان از آنها بهعنوان پیک استفاده کرد، تقریباً بدون اصطکاک بر روی سطح میز گردان سهموی حرکت میکنند و به تأثیرات کوریولیس بر روی پدیدههای دینامیکی اجازه میدهد خود را نشان دهند. برای دریافت نمایی از حرکات همانطور که از قاب مرجع در حال چرخش با میز گردان دیده می شود، یک دوربین فیلمبرداری به میز گردان متصل می شود تا با میز گردان همزمان بچرخد و نتایجی که در شکل نشان داده شده است. در پانل سمت چپ شکل، که دیدگاه یک ناظر ساکن است، نیروی گرانشی در قاب اینرسی که جسم را به سمت مرکز (پایین) ظرف می کشد، متناسب با فاصله جسم از مرکز است. یک نیروی مرکز این شکل باعث حرکت بیضوی می شود. در پانل سمت راست، که نمای قاب در حال چرخش را نشان می دهد، نیروی گرانشی به سمت داخل در قاب دوار (همان نیرویی که در قاب اینرسی وجود دارد) توسط نیروی گریز از مرکز به بیرون متعادل می شود (فقط در قاب دوار وجود دارد). با متعادل شدن این دو نیرو، در قاب دوار تنها نیروی نامتعادل کوریولیس است (همچنین فقط در قاب دوار وجود دارد) و حرکت یکدایره اینرسی . تجزیه و تحلیل و مشاهده حرکت دایره ای در قاب چرخشی در مقایسه با تحلیل و مشاهده حرکت بیضی در قاب اینرسی ساده است.
از آنجایی که این چارچوب مرجع چندین بار در دقیقه به جای یک بار در روز مانند زمین می چرخد، شتاب کوریولیس تولید شده چندین برابر بزرگتر است و بنابراین مشاهده در مقیاس های زمانی و مکانی کوچک آسان تر از شتاب کوریولیس ناشی از چرخش زمین است. .
به تعبیری، زمین مشابه چنین صفحه گردانی است. [64] چرخش باعث شده است که سیاره روی یک شکل کروی قرار گیرد، به طوری که نیروی طبیعی، نیروی گرانش و نیروی گریز از مرکز دقیقاً یکدیگر را در یک سطح "افقی" متعادل می کنند. (به برآمدگی استوایی مراجعه کنید .)
اثر کوریولیس ناشی از چرخش زمین به طور غیر مستقیم از طریق حرکت آونگ فوکو قابل مشاهده است.
اثرات کوریولیس در مناطق دیگر [ ویرایش ]
دبی سنج کوریولیس [ ویرایش ]
یکی از کاربردهای عملی اثر کوریولیس، دبی سنج جرمی است ، ابزاری که میزان جریان جرمی و چگالی سیالی را که در یک لوله جریان دارد، اندازه گیری می کند. اصل کار شامل القای ارتعاش در لوله ای است که سیال از آن عبور می کند. ارتعاش، اگرچه کاملاً دایره ای نیست، چارچوب مرجع چرخشی را فراهم می کند که باعث ایجاد اثر کوریولیس می شود. در حالی که روشهای خاص با توجه به طراحی فلومتر متفاوت است، سنسورها تغییرات فرکانس، تغییر فاز و دامنه لولههای جریان ارتعاشی را بررسی و تحلیل میکنند. تغییرات مشاهده شده نشان دهنده سرعت جریان جرمی و چگالی سیال است. [65]
فیزیک مولکولی [ ویرایش ]
در مولکول های چند اتمی، حرکت مولکول را می توان با چرخش جسم صلب و ارتعاش داخلی اتم ها در مورد موقعیت تعادل آنها توصیف کرد. در نتیجه ارتعاشات اتم ها، اتم ها نسبت به سیستم مختصات دوار مولکول در حرکت هستند. بنابراین اثرات کوریولیس وجود دارد و باعث می شود اتم ها در جهتی عمود بر نوسانات اصلی حرکت کنند. این منجر به اختلاط در طیفهای مولکولی بین سطوح چرخشی و ارتعاشی میشود که از آن میتوان ثابتهای جفت کوریولیس را تعیین کرد. [66]
تقدم ژیروسکوپی [ ویرایش ]
هنگامی که یک گشتاور خارجی به یک ژیروسکوپ در حال چرخش در امتداد محوری اعمال می شود که با محور چرخش زاویه قائم دارد، سرعت لبه مرتبط با چرخش به صورت شعاعی نسبت به محور گشتاور خارجی هدایت می شود. این امر باعث میشود که نیروی ناشی از گشتاور بر روی رینگ به گونهای عمل کند که ژیروسکوپ را در زوایای قائم به سمتی که گشتاور خارجی آن را کج میکند کج کند. این تمایل باعث می شود که اجسام در حال چرخش در چارچوب چرخشی خود باقی بمانند.
پرواز حشرات [ ویرایش ]
مگسها ( دوبالا ) و برخی پروانهها ( Lepidoptera ) از اثر کوریولیس در پرواز با زائدهها و اندامهای تخصصی استفاده میکنند که اطلاعات مربوط به سرعت زاویهای بدنشان را منتقل میکنند.
نیروهای کوریولیس ناشی از حرکت خطی این زائده ها در چارچوب مرجع چرخشی بدن حشرات شناسایی می شوند. در مورد مگسها، زائدههای تخصصی آنها اندامهای دمبلی شکلی هستند که دقیقاً پشت بالهایشان به نام « هلتر » قرار دارند. [67]
هالترهای مگس در یک صفحه با همان فرکانس ضربان بالهای اصلی نوسان می کنند، به طوری که هر چرخش بدن منجر به انحراف جانبی هالترها از صفحه حرکت آنها می شود. [68]
در پروانهها، شاخکهای آنها بهعنوان مسئول حس کردن نیروهای کوریولیس به روشی مشابه با هالترها در مگسها شناخته میشود. [69] هم در مگسها و هم در پروانهها، مجموعهای از حسگرهای مکانیکی در پایه زائده به انحرافات در فرکانس ضربان، مرتبط با چرخش در سطوح زمین و چرخش ، و در فرکانس دو برابر ضربه، مرتبط با چرخش در صفحه حساس هستند. یاو هواپیما [70] [69]
پایداری نقطه لاگرانژی [ ویرایش ]
در نجوم، نقاط لاگرانژی پنج موقعیت در صفحه مداری دو جرم بزرگ در حال گردش هستند که در آن یک جسم کوچک که فقط تحت تأثیر گرانش قرار میگیرد، میتواند نسبت به دو جرم بزرگ موقعیت ثابتی داشته باشد. سه نقطه اول لاگرانژی (L 1 , L 2 , L 3 ) در امتداد خطی قرار دارند که دو جسم بزرگ را به هم متصل می کند، در حالی که دو نقطه آخر (L 4 و L 5 ) هر کدام یک مثلث متساوی الاضلاع را با دو جسم بزرگ تشکیل می دهند. نقاط L 4 و L 5 ، اگرچه با حداکثر پتانسیل مؤثر در چارچوب مختصاتی که با دو جسم بزرگ می چرخد مطابقت دارند، به دلیل اثر کوریولیس پایدار هستند. [71]این پایداری میتواند منجر به مدارهایی در اطراف L 4 یا L 5 شود که به عنوان مدارهای قورباغه شناخته میشوند ، جایی که تروجانها را میتوان یافت. همچنین می تواند منجر به مدارهایی شود که L 3 , L 4 و L 5 را احاطه کرده اند که به مدارهای نعل اسبی معروف هستند .
همچنین مشاهده کنید [ ویرایش ]
- مکانیک تحلیلی
- مکانیک کاربردی
- مکانیک کلاسیک
- دینامیک (فیزیک)
- چرخش زمین
- موج راسبی استوایی
- فرمول های فرنت-سرت
- ژیروسکوپ
- سینتیک (فیزیک)
- مکانیک حرکت ذرات مسطح
- نیروی گریز از مرکز واکنشی
- جریان ثانویه
- استاتیک
- حرکت دایره ای یکنواخت
- گرداب
منبع
https://en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_force
در این وبلاگ به ریاضیات و کاربردهای آن و تحقیقات در آنها پرداخته می شود. مطالب در این وبلاگ ترجمه سطحی و اولیه است و کامل نیست.در صورتی سوال یا نظری در زمینه ریاضیات دارید مطرح نمایید .در صورت امکان به آن می پردازم. من دوست دارم برای یافتن پاسخ به سوالات و حل پروژه های علمی با دیگران همکاری نمایم.در صورتی که شما هم بامن هم عقیده هستید با من تماس بگیرید.