科氏加速度怎麼理解
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科普|理論力學|科氏加速度
在理論力學的學習過程中,在運動學部分,有一個并且突兀的概念——
科氏加速度(Coriolis acceleration)
我們在遇到這個概前,感覺運動是有規律可循的,而且還很容易理解,那就是:
絕對運動 = 牽連運動 + 相對運動
無論是位移還是速度,都合這個規律,甚至,當牽連運動是平移時,加速度也合這個規律。
但是,當牽連運動是定軸轉動時,奇怪的事情發生了,你看:
絕對加速度 = 牽連加速度 + 相對加速度 + 科氏加速度
突兀得不得了!
為什麼打破了我們對科學公式的?
而且它連個正經的“見字如面的名字”也沒有,我盯著這個“科氏”完全不明白什麼意思!
另外看它的大小:
它是2倍的牽連角速度與相對速度的外積。
從公式中看到一個線索:
科氏加速度是牽連運動與相對運動耦合而產生的。(因為公式里有個小小的e,也有一個小小的r呀)
進一步地:
教材上會對科氏加速度做這樣的推導:
哈工大版理論力學
從這里可以看出,“2倍”原來是分兩部分產生的。那麼重點來了,怎麼產生的?
這里,我們想象你在一個很大的正在旋轉的盤上行走,而且行走(相對運動)速度是勻速,圓盤的旋轉(牽連運動)也是勻速,這是為了讓兩者本身并不產生加速度,即ar=0,ae=0。
相對速度引發的加速度
你嘗試著沿著圓盤的半徑方向,向外勻速行走,你以為自己就真的在勻速行走麼,當然不是,由于你與圓心的距離越來越遠,所以你在旋轉方向上的切向速度也越來越大,這部分速度改變就是由于你的相對速度所引發的,大小為wv。
牽連速度引發的加速度
你相對圓盤的行走是直線,然而由于圓盤的旋轉,使得你實際上走出了一個美妙的螺旋線,把你的速度方向強行改變了,這部分速度方向改變引發了另外一部分加速度,大小也是wv。
有沒有恍然大明白的感覺?
科氏加速度解釋許多神奇現象
你知道北半球河流的右岸為什麼比左岸被沖刷得嚴重嗎?你知道浴缸里放水時,為什麼在北半球總是逆時針而在南半球總是順時針嗎?了解了科氏加速度,這些就都有了解答。
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