当前课程知识点：力学与生活 > 第8章 惯性力与陀螺效应 > 8.1 科氏惯性力与物体运动（1） > 8.1.1 科氏惯性力与物体运动（1）
本章主要学习科氏惯性力、陀螺效应的概念与案例，简述物体运动与科氏惯性力的关系，简述陀螺效应在工程中的应用。
本节介绍科式惯性力的概念，给出自然界物体运动如河流、台风、信风等与科式惯性力的关系。
识别中…
大家好 本节我们介绍科式惯性力与物体运动的第一部分
科式惯性力是惯性力的一种
它是由法国物理学家科里奥利提出
1835年
他在物体系统相对运动方程中指出
如果物体在匀速转动的参考系中作相对运动
就有一种不同于离心力的惯性力
作用于物体
他称 这种力为复合离心力
那么 科式惯性力的大小和方向怎么判断呢？
我们首先要了解两个概念
一个是惯性参考系 第二个呢是非惯性参考系
惯性参考系 我们通常指
固结在地面或者相对地面作匀速直线平动的坐标系
我们知道牛顿第二定律只适用于惯性参考系
为了在非惯性参考系中得到动力学的方程 与牛顿第二定律的形式类似
我们可以根据点的加速度合成定理
绝对加速度矢量等于相对加速度矢量
加上
牵连加速度矢量 再加上科式加速度矢量
代入牛顿第二定律中
并移项整理可得
质点相对运动动力学基本方程
他与牛顿第二定律的形式类似
其中副的牵连加速度乘上质量
等于
牵连惯性力负的科式加速度
乘以质量即为科式加速度
其中 科式加速度的大小等于二倍的牵连角速度乘以相对速度
方向利用右手定则
四指从牵连角速度矢量指向相对速度矢量
拇指的方向即为科式加速度的方向
而科式惯性力的方向则与其相反
首先我们来看一下地球自转所引起的科式惯性力 对傅科摆运动轨迹的影响
傅科摆是由法国著名物理学家
傅科发明的
在1847年
他改进了惠更斯的锥摆钟
制成了傅科摆
用来测定地球的转动
在1851年
傅科在巴黎的新型磁大厅里
悬挂了一个长达67米的摆线
摆线下端挂了重达28公斤的摆球
让摆球摆动起来
观察摆球的轨迹
如果不考虑地球的自转
假设摆球沿东西方向摆动
摆球轨迹在水平面的投影应该是一条东西向的直线
可是观察到的结果却并非如此
而是有一定的偏差
其原因就是
地球自转引起的科式惯性力的作用
假设在某一瞬时
摆球的速度由东向西
而地球自转
由西向东可知其角速度矢量指向 北极
根据科式加速度判断方法
利用右手定则可以判断科氏加速度的
方向
指向南方
所以科式惯性力的方向则指向北方
从而使得摆球的
轨线向右偏转
这个实验的结果证明了地球自转的存在
那么 科式惯性力对自然界的影响也非常的明显
例如 对河流两岸的冲刷明显不同
假设在北半球
有一条河流
沿着经线方向由南向北流动
利用右手定则可以判断出河水的科式加速度指向
河流运动的左岸
因此 科式惯性力的方向则指向河流的右岸
所以 河水对右岸的冲刷比左岸要
多了要厉害的多
在南半球则刚好相反
实际上 对于任意流动方向的河流均有这样的一个结论
正是大自然的这样的神奇力量形式 形成了丰富多彩的秀丽的风景
接下来我们再看一下黄河入海口在近百年的变化情况
从这个图上 我们可以看出来
至1904年直到1996年
黄河入海口整体呈南移趋势
而在1996年
由于其他的原因
改道为现在的
地方
那为什么会是这样的趋势呢？其中一个重要的原因是
地球自转引起的科式惯性力的作用
黄河进入下游后大致沿流动方向
自西向东
利用右手定则可判断科氏加速度的方向指向河流的方向的左侧
因此 科式惯性力的方向则指向右侧
造成河水对右岸河道的冲刷
成为河道南移的一个原因
我们可以看一下两个方两个地方 单位面积上的科式惯性力的大小
一是三江三湖河口
根据该位置的纬度
计算可得每平方米大概
34.36牛顿
而在花园口 可以得每平方米98.48牛顿
这样的量级看起来并不大
但是考虑到河道的面积
以及时间累积效应
科式惯性力对河流改道的影响就非常的大
我们接下来再看一下科式惯性力对于台风的影响
台风和飓风都是一种热带的气旋
发生的地点不同 称呼也不太一样
例如 在北太平洋的西部
国际日期变更线以西的热带气旋 我们称它为台风
而在大西洋或者北太平洋的
东部
的热带气选择称为飓风
也就是说 在菲律宾 中国 日本一带叫台风
在美国一带则称为飓风
如果在南半球就称为
旋风
这是2018年我国
第22号台风山竹的卫星云图
从这里面我们可以看出来台风大致的转动方向是沿着逆时针的的转动方向
那么 为什么会有这样的现象呢？
我们知道台风的中心是一个低气压区
周围是高气压区 假如空气从
由由南向北流入低压区考虑地球的自转
用右手定则可以确定科氏加速度的方向指向左边
而科式惯性力的方向则指向右边
所以可以判断出空气流动的轨迹向右偏转
因此 形成逆时针的的转动的趋势
还有一个例子就是信风，信风是指在低空从
副热带高气压带
吹向赤道低气压带的这样的一个
风
信风在赤道两边的
第一层的大气中
北半球呢 通常刮的是东北风
南半球刮的是东南风
那么 为什么会是这样的呢？我们可以看一下
信风的形成过程
在太阳的长期的照射下 赤道受热最多
受热地面形成的
空气受热上升
在近地面形成赤道低气压带
而在高空则形成了相对的高气压
高空高气压向南北两个方向
进行空气流动
由于受到科式惯性力的影响 会产生偏移
在南北纬30度附近
偏转与纬线平行
并且在此堆积被迫下沉
在近地面形成副热带高气压带
此时 赤道低气压带与副热带高气压带之间产生气压差
气流从副热带
高血压带流向赤道低气压带
因此 在科式惯性力的作用下
北半球
副热带高气压带
中的空气向南运行时
偏向
右方形成东北信风
南半球则相反 形成东南信风
由于海洋上的副热带高压带
表现的非常明显
因此 海洋上的信风非常稳定
古代的船只经常借助信风航行
航海家
麦哲伦
曾经带领船队
第一次越过南半球的西风带
进入信风带的时候
会发现一个非常奇怪的现象
在长达几个月的航程中
海面上始终吹的东南风
把船一直向西推
后来东南风逐渐减弱 大海变得非常的平静
最后 船队顺利的到达了亚洲的菲律宾群岛
这就是信风的作用
这节我们重点讲解了
科式惯性力及其对自然界物体运动的影响
下一节 我们将讲
和科式惯性力对弹道轨迹的影响
谢谢大家
-1.1课程介绍
--1.1.2课程介绍测验
-1.2力学简史
--1.2.2力学简史测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-2.1亚里士多德
--2.1.2 亚里士多德测试
-2.2阿基米德
--2.2.2 阿基米德测试
-2.3达·芬奇
--2.3.2 达·芬奇测试
-2.4 伽利略
--2.4.2 伽利略测试
-2.5 牛顿
--2.5.1 牛顿
--2.5.2 牛顿测试
-2.6 不完美的牛顿（1）
--2.6.2 不完美的牛顿（1）测试
-2.7 不完美的牛顿（2）
--2.7.2 不完美的牛顿（2）测试
-2.8 不完美的牛顿（3）
--2.8.2 不完美的牛顿（3）测试
-2.9 不完美的牛顿（4）
-2.10 爱因斯坦
--2.10.2 爱因斯坦测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-3.1 科学与技术
--3.1.2 科学与技术测试
-3.2历史的启迪
--3.2.2 历史的启迪测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-4.1 莱特兄弟（上）
--4.1.3 莱特兄弟测试
-4.2 运动中采集活力
--4.2.2 运动中采集活力测试
-4.3 运动的相对性原理
--4.3.2 运动的相对性原理测试
-4.4 流体阻力
--4.4.2 流体阻力测试
-4.5 飞机的升力
--4.5.2 飞机的升力测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-5.1 固定翼飞机的组成
--5.1.2 飞机的组成测试
-5.2 飞机的飞行姿态控制
--5.2.2 飞行姿态测试
-5.3 机翼（1）
--5.3.2 机翼（1）测试
-5.4 机翼（2）
--5.4.2 机翼（2）测试
-5.5 机翼（3）
--5.5.2 机翼（3）测试
-5.6 鸟撞
--5.6.1 鸟撞
--5.6.2 鸟撞测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-6.1 碰撞基本原理
--6.1.2 碰撞基本原理测试
--撞西瓜1
--撞椰子2
-6.2 安全带
--6.2.2 安全带测试
--安全带(1)
--15公里碰撞2
--冲击力3
--有安全带实验5
-6.3 安全气囊
--6.3.2 安全气囊测试
--《原来如此》-3
--汽车安全气囊6
-6.4 公路桥梁的坍塌
--6.4.2 公路桥梁的坍塌测试
-6.5 安全玻璃简介
--6.5.2 安全玻璃测试
-6.6 如何打碎车窗玻璃
--6.6.2 如何打碎玻璃测试
--《原来如此》22
-6.7 逃出落水车
--6.7.2 逃出落水车测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-讨论四
-7.1 桥梁的发展历程（1）
--7.1.2 桥梁的发展历程（1）测试
-7.2 桥梁的发展历程（2）
--7.2.2 桥梁的发展历程（2）测试
-7.3 压杆稳定——魁北克大桥
--7.3.2 压杆稳定测试
-7.4 弯矩与福斯桥
--7.4.2 弯矩与福斯桥测试
-7.5 那些匪夷所思的桥梁
--7.5.2 那些匪夷所思的桥梁测试
-7.6 港珠澳大桥——细数中国桥梁之最
--7.6.2 港珠澳大桥测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-8.1 科氏惯性力与物体运动（1）
--8.1.2 科氏惯性力与物体运动（1）测试
-8.2 科氏惯性力与物体运动（2）
--8.2.2 科氏惯性力与物体运动（2）测试
-8.3 陀螺与惯性导航
--8.3.2 陀螺与惯性导航测试
-8.4 高速旋转机械与陀螺效应
--8.4.2 高速旋转机械中的陀螺效应测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-9.1 乒乓球的跳舞
--9.1.2 乒乓球的跳舞测试
--高压锅漂鸡蛋10
--乒乓球跳舞 45
--乒乓球跳舞2 4
-9.2 音乐喷泉
--9.2.2 音乐喷泉测试
--多级液压缸
--西湖音乐喷泉2
-9.3 金属（气流）切割
--9.3.2 金属（气流）切割测试
--20火焰切割12
-9.4 射流的应用
--9.4.2 射流的应用测试
--水刀切割
--合引水拉沙00
--引水拉沙(3)
-9.5 气体保护焊
--9.5.2 气体保护焊测试
--电弧焊(3)
-9.6 水下焊接与切割
--9.6.2 水下焊接与切割测试
--水下切割37
-讨论一
-讨论二
-讨论三
