题目内容
【题目】由于地球是一个近似做均匀转动的球体,所以是一个转动参考系。试确定:地球表面物体在水平面内运动时因受科里奥利力的作用而偏向何方?
【答案】在北半球表面运动的物体将偏向右方,在南半球表面运动的物体将偏向左方。
【解析】
地球转动角速度方向沿转轴方向自南极指向北极,再令物体在水平面内相对地球的运动速度为,写出物体所受的科里奥利力(科氏力)
,
式中为角速度在物体所在处的铅垂方向分量,为水平方向分量. 的方向必沿铅垂方向,不会改变物体运动方向;为科氏力的水平分量. 由于它在物体运动的水平面内且与垂直,因此可以改变物体运动的方向,但不能改变速度的大小.
如图所示,在北半球,方向向上,对于任意水平面内的速度,方向指向运动方向的右方;在
南半球,方向向下,科氏力的水平分量指向运动方向的左方. 因此,在北半球表面运动的物体将偏向右方,在南半球表面运动的物体将偏向左方.
在转动参照系中运动的物体,除了我们熟知的惯性离心力外,还受到科氏力的作用,这是转动参照系中特有的惯性力.
地球参照系中的科氏力也是竞赛中经常讨论问题. 本题题干用近乎模糊的表述,为我们全面论论这一问题提供了可能的空间.
本题对科氏力的论述应该是比较清晰的,特别是的处理方式,值得大家注意、研究. 当然,科氏力的应用选非只在地球参照系,各种转动参照系中都有可能,由此引起的物体对轨道的作用力及做功问题,是命题的热点.
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