مقالات
در حال خواندن
شتاب کوریولیس
0

شتاب کوریولیس

توسط Milad sakaki۸ دی, ۱۳۹۵

اثر جالبي كه سيستمهاي دوراني برروي ذرات سوار برآنها غير از نيروي گريز از مركز دارند توسط دانشمندي بنام كوريوليس فرانسوي در سال ۱۸۳۵ شناخته شده وتئوري مربوطه مطرح گرديد.اين اثر بنام نيروي كوريوليس نامگذاري شده و محاسبات مربوطه تدوين واثرات اين نيرو بر اجسام متحرك درروي زمين كه يك سيستم دوراني ميباشد مطالعه ميگردد.آیا تاکنون با خود اندیشیده ایم که چرا خط استوا از جنگل های انبوه پوشیده شده؟ بدون شک باران را دلیل این خط سبز دانسته اید ، اما آیا تاکنون به علت باریدن باران در این نواحی فکر کرده اید؟

آیا میدانید شتاب کریولیسی که عامل به وجود آوردن گرداب در سینک ظرفشویی آشپزخانه هایتان هست ، همان دلیل تنوع آب و هوایی کره زمین هست؟
جواب ، فقط لازمه که صفحه مختصات اصلی رو روی کره زمین در نظر بگیرم و در این که شما میدانید که زمین به دور خودش در حال چرخشه شکی نیست، پس میتوانیم بگوییم که صفحه مختصات اصلی ما در حال چرخشه.

نیروی کوریولیس فقط زمانی وجود دارد که یک ذره در سیستم مختصات , دورانی حرکت کند و جهت آن همواره عمود بر بردار تندی ذره در سیستم متحرک باشد لذا به نظر میرسد نیروی کوریولیس , یک ذره ی متحرک را تحت زوایای قایم نسبت به جهت حرکتش منحرف می کند .

برای مثال شتاب کوریولیس را میتوان در موارد زیرمشاهده نمود :

  1. پديده هاي طبيعي از جمله گردبادها و حلقه زدن آب روان درحال ريزش به چاله با دهانه دايروي مانند كفشور دهانه لوله دستشوئي در منازل
  2. نيروي وارد از آزمايشگاه چرخان به جسم درحال حركت در مسير مستقيم الخط در كف آزمايشگاه كه از مركز دوران آزمايشگاه عبور مي كندوترسيم منحني مسير از نظر ناظر آزمايشگاهي
  3.  انحراف اجسام افتان در قطبها و خط استوا و به همين روال اشاره به ميزان انحراف گلوله توپهاي شليك شده به مسيرهاي دوردست
  4. انحراف توپ برتاكه آلمانهادر جنگ جهاني اول پاريس را با آن هدف قرار داده بودند كه مسافت ۱۱۰ كيلومتري بين آنها وجودداشت. دراين بعد مسافت ميزان اين انحراف كه توسط نيروي كوريوليس ايجاد ميشود ۱۶۰۰ متر محاسبه ميشود كه مقدار كمي نيست و بايد توسط توپچيان در نظر گرفته ميشد
  5. باد های سیلکونی و وجه تسمیه این باد ها باتوجه به تاثیر نیروی کوریولیس

در فیزیک، اثر نیروی کریولیس یک انحراف مشهود حرکت اشیا، هنگامی که اشیا در یک محور مختصات چرخش قرار دارد، می‌باشد. برای مثال، دو بچه را در دو سمت مخالف یک چرخ فلک گردان در نظر بگیرید، که دو توپ نیز در اطراف آن متصل بوده و می‌چرخند. از دید کودکان، مسیر توپ از پهلو به صورت منحنی در آمده و به وسیله نیروی کریولیس انحنا پیدا کرده‌است. از دید سه بعدی انحراف با چرخش پاد ساعتگرد چرخ و فلک، به سمت راست است. (مشاهده از بالا) و در صورت چرخش ساعتگرد چرخ و فلک، انحراف به سمت چپ می‌باشد. قوانین حرکت نیوتن در مورد حرکت شی در مختصات اینرسی دلالت می‌کند.هنگامی که قوانین نیوتن به مختصات چرخشی تعمیم داده می‌شود، نیروی کریولیس با نیروی گریز از مرکز مشاهده می‌شود.اگر سرعت چرخش محور مختصات ثابت نباشد، نیروی اولر مشاهده می‌شود.تمام سه نیرو متناسب با جرم جسم می‌باشد. نیروی کریولیس متناسب با سرعت چرخش و توان دوم نیروی گریز از مرکز می‌باشد. نیروی کریولیس در جهت عمودی با محور چرخشی و با سرعت جسم در محور مختصات چرخش متناسب می‌باشد. نیروی گریز از مرکز به سمت خارج در جهت چرخش حرکت می‌کند و با فاصله جسم از محور مختصات چرخشی نیز متناسب می‌باشد. این سه نیروی مضاف در رده نیروهای اینرسی، نیروهای موهوم و یا نیروهای ساختگی می‌باشند. این نامگذاری در جهت فنی می‌باشد و به معنای ساده تر، این نیروها در مختصات اینرسی نامشخص و ناپدید می‌باشند.

معادلات مربوط به نیروی کریولیس در سال ۱۸۳۵ توسط یک دانشمند فرانسوی به نام گاسپارد گوستاو کوریولیس در ارتباط با هیدرو دینامیک و همچنین در معادلات جزرومدی پیرسیمون لاپلاس در ۱۷۷۸، منتشر شد.به تازگی در قرن بیستم، معادلات نیروی کریولیس در زمینه هواشناسی مورد استفاده قرار گرفتند.

شاید معمول‌ترین دستگاه مختصات محور چرخشی زمین باشد. حرکت اشیا در سطح زمین باشد. حرکت اشیا در سطح زمین نیروی کریولیس را ناشی می‌شوند که در نیمکره شمالی به سمت راست و در نیمکره جنوبی به سمت چپ متمایل شده و به نظر می‌رسند. در واقع در استوا، حرکت به سمت غرب یا شرق بروی خط استوا باقی می‌ماند. حرکت اولیه یک پاندول در هر جهت منجر به حرکت در یک مسیر دایره‌ای می‌شود. حرکت هوا در جو و آب در اقیانوس نمونه‌های مشهودی این رفتار می‌باشند. همانند جریان مستقیم از محیط پرفشار به کم فشار، همچنین در یک زمین غیر چرخنده، بادها و روند جریانشان، در شمال خط استوا به سمت راست و در جهت جنوب خط استوا به سمت چپ جریان می‌یابند. این اثر برای چرخش سیکلون‌های بزرگ جوابگو می‌باشد.

 

البته باید این نکته را هم در نظر گرفت که اثر کوریولیس عامل ایجاد چرخش آب در خروجی آب وان حمام یا دست‌شویی نیست. در حقیقت این نیرو بسیار کوچکتر از آن است که بتواند چنین اثری داشته باشد. این آثار در مقیاس‌های بزرگ نظیر سامانه‌های آب‌وهوا یا جریان‌های اقیانوسی خود را نشان می‌دهند. عامل تعیین‌کننده جهت چرخش آب در وان حمام نیروهای دیگری هستند.

شتاب کوریولیس در ماهواره ها و موشک ها

به نظر می‌رسد که موشک‌های بالستیک و ماهواره‌ها، هنگامی که مسیر حرکت آنها را بر روی نقشه رسم می‌کنیم در یک مسیر منحنی حرکت می‌کنند، زیرا زمین کروی بوده و کوتاه‌ترین فاصله بین دو نقطه بر روی سطح زمین، به صورت یک خط مستقیم نمی‌باشد. هر نقشه دو بعدی (تخت) نیازمند خم کردن برای انحنای سطح زمین می‌باشد. (سه بعدی) معمولاً در نقشه برجسته نما(دارای نصف‌النهارات متوازی) این انحنا در مجاورت قطب‌ها افزایش می‌یابد. برای مثال در نیمکره شمالی، موشک بالستیک که به سمت هدف دور دستی در سمت بالا پرتاب می‌شود، که از کوتاه‌ترین مسیر ممکن استفاده می‌کند (یک دایره بزرگ) بر روی نقشه به سوی مسیر شمال در خط مستقیم به سمت هدف به نظر می‌رسد و سپس منحنی به سمت بالای استوا بر می‌گردد.

عرض‌های جغرافیایی، که در بیشتر نقشه‌های دنیا تحت پوشش خطوط افقی مستقیم می‌باشند، در واقع در روی سطح کره به صورت منحنی می‌باشند، که با نزدیک شدن به قطب کوچکتر می‌شوند. در حقیقت، یک نتیجه حالت کروی زمین، اگر هم این درست باشد که زمین نمی‌چرخد، نیروی کریولیس، مطمئناً نشان داده می‌شود اما اثرش بر روی مسیر رسم شده بسیار کوچک می‌باشد. نیروی کریولیس در شناسایی خصوصیات مسیر گلوله برای محاسبه منحنی مسیر طولانی گلوله توپ بسیار مهم می‌باشد. مهمترین نمونهٔ تاریخی این مسئله بمباران پاریس بود که در جنگ جهانی اول توسط ژرمن‌ها در بمباران پاریس در فاصله ۱۲۰ کیلومتری (۷۵ مایل) مورد استفاده قرار گرفت.

این اثر در تیراندازی‌های در فواصل بسیار زیاد نیز خود را نشان می‌دهد و گلوله مسیری خمیده را طی می‌کند. گفته شده است در نبردی از جنگ جهانی اول در نزدیکی جزایر فالکلند، شلیک‌های نیروی دریایی بریتانیا با ده‌ها یارد فاصله از کشتی‌های آلمانی فرود می‌آمد که علت این بود که بریتانیایی‌ها فراموش کرده بودند اثر کوریولیس در نیمکرهٔ جنوبی، عکس نیمکرهٔ شمالی است. اسنایپرهای حرفه‌ای نیز برای هدف‌های در فواصل بسیار دور این اثر را در نظر می‌گیرند.

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
Milad sakaki
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید