コリオリ効果とは?
コリオリ効果(コリオリの力)とは、地球の表面のように回転する座標系の中から運動する物体を見たときに、その軌道が見かけ上曲げられる現象です。この効果によって、大規模な気象システムや海流、長距離を飛ぶ砲弾の進路などが湾曲します。本ツールでは、物体の質量・速度・緯度・回転体の角速度を入力するだけで、運動する物体に働くコリオリ力の大きさを計算できます。
使い方
物体の質量(kg)、速度(m/s)、緯度(度)を入力してください。緯度は北半球がプラス、南半球がマイナスです。角速度Ωは地球の値である約 \(7.292\times10^{-5}\ \text{rad/s}\) が初期値として設定されています。火星のような他の天体や、回転する装置などを扱う場合はこの値を変更してください。計算結果として、コリオリ力(ニュートン)、対応する加速度、使用した緯度のサイン(sin)が表示されます。
計算式の解説
コリオリ力の大きさは
$$F_c = 2 \cdot m \cdot v \cdot \Omega \cdot \sin(\varphi)$$で求められます。ここで \(m\) は質量、\(v\) は速さ、\(\Omega\) は角速度、\(\varphi\) は緯度です。緯度はサインを計算する前にラジアンへ変換されます。この \(\sin(\varphi)\) という項こそが、水平方向のコリオリ効果が極(\(\sin 90° = 1\))で最大となり、赤道(\(\sin 0° = 0\))でゼロになる理由を説明しています。両辺を質量で割ると加速度 \(a_c = 2v\Omega\cdot\sin(\varphi)\) が得られますが、これは物体の質量には依存しません。
計算例
地球上(\(\Omega = 7.292\times10^{-5}\ \text{rad/s}\))の緯度45°の地点で、質量10 kg の物体が100 m/s で運動している場合を考えます。\(\sin(45°) \approx 0.70711\) なので、
$$F = 2 \times 10 \times 100 \times 0.00007292 \times 0.70711 \approx 0.10312\ \text{N}$$となります。このときの加速度は \(0.010312\ \text{m/s}^2\) です。
よくある質問(FAQ)
なぜ赤道では力がゼロになるのですか? \(\sin(0°) = 0\) となるため、赤道上では水平方向のコリオリ力が消失します。
向きは関係しますか? 本ツールは力の「大きさ」を計算します。実際の偏向の向きは、北半球では進行方向に対して右側、南半球では左側になります。
地球の場合、Ωにはどの値を使えばよいですか? 地球は1恒星日に1回自転するため、\(\Omega \approx 7.292\times10^{-5}\ \text{rad/s}\) となります。これが本ツールの初期値です。