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  科里奥利力是以牛顿力学为基础的一种惯性力。法国人古斯塔·加斯佩德·科里奥利在1835年最先用数学方法来描述并在气象观测中得到证实,从此,人们把它称作科里奥利效应。 科里奥利提出,在旋转体系中进行直线运动的质点,由于惯性作用,有沿着原有运动方向继续运动的趋势,但是由于体系本身是旋转的,在经历了一段时间的运动之后,体系中质点的位置会有所变化,而它原有的运动趋势的方向,如果以旋转体系的视角去观察,就会发生一定程度的偏离。 实际上,在自然界就有许多由科里奥利效应衍生出的奇妙现象,甚至被发展成实用技术。就让我们走进由旋转系统造就的神奇世界,探寻科学的奥秘! 科里奥利力究竟是种什么力? 讲科里奥利力之前,大家需要先对运动的合成有所了解,物体运动是指在一个时段它相对于某些参照物发生方位变化,再由时间和位移(空间方向、位置变化)所确定的速度被用来描述运动。而讨论运动时人们关注速度及其变化,却时常忽略运动的参照物或参照系。习惯上认为参照系静止才好精准度量或测算位移、速度的量值。事实上参照系的转换就是速度叠加合成。 当一个质点相对于惯性系做直线运动时,相对于旋转体系,其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系,我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线,根据牛顿力学的理论,以旋转体系为参照系,这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用。 质点惯性系做直线运动时,相对于旋转体系,其轨迹是一条曲线 因此,科里奥利力与离心力一样,都不是真实存在的力,而是惯性作用在非惯性系内的体现。 不知道大家有没有这样的经历,那就是在北半球射门的足球运动员若位于红色球门的南面或北面,瞄准的却应调整为稍偏左的灰色球门。还有在那些需精准定位的运动如足球、篮球、兵乓球、炮弹、打靶等活动中,也经常需要稍稍偏移瞄准。那是为什么呢? 足球运动员射门时需要考虑科里奥利效应的校正量 因为科里奥利效应是惯性作用在非惯性系内的体现。物体空中运动不跟随地球转动,所以会使物体空中运动轨迹发生偏离。因此除了风力影响外,也应考虑科里奥利效应的校正量。 气象学中的科里奥利效应 河流、湖泊及大气中流体因存在压强差而流动。由于没有刚性的空间约束,流体运动的偏移比较明显且容易观测。这可能是科里奥利效应最先在气象观测中获得验证的缘故。 热带气旋的形成就是受到科里奥利力的影响。驱动热带气旋运动的原动力是一个低气压中心与周围大气的压力差,周围大气中的空气在压强差的驱动下向低气压中心定向流动。这种移动受到科里奥利力的影响而发生偏转,从而形成旋转的气流,这种旋转在北半球沿着逆时针方向,而在南半球沿着顺时针方向。 热带气旋在北半球沿逆时针方向,南半球沿顺时针方向(图片来源/维基百科) 科里奥利效应也成功解释了气象学中关于信风带形成的机制。由于太阳照射的原因,地球表面形成气压高低不同且呈南北对称分布的条带。两极为极地高压带,纬度60度附近为副极地低气压带,纬度30度近旁为副热带高气压带,赤道圈附近则是赤道低气压带。假如地球没有自转也没有来自东西方向的干扰,按这样高低不同的压强条带分布,地面上就应该只有南风和北风而不会有偏向东或偏向西的风,但地球自转打破了这种假想格局。 自转使北半球的风向右偏转,南半球的风向左偏转,在科里奥利力、大气压差和地表摩擦力的共同作用下,原本正南北向的大气流动变成东北-西南或东南-西北向的大气流动。于是出现了极地东风带、盛行西风带和信风带。 受科里奥利力影响,原本正南方向的大气流动变成东北-西南或东南-西北向的大气流动 物理的世界是多彩的,但对物理的思考不能光靠想象力,正如德国著名物理学家普朗克所说,物理定律不能单靠思维获得,还应致力于观察和实验。解析科里奥利效应需要对惯性系和旋转系透彻的理解。这种解析对了解掌握物理规律乃至宇宙万物运行机制都大有裨益。