Lực Coriolis là gì?
Lực Coriolis là một lực biểu kiến (lực quán tính) tác dụng lên các vật chuyển động trong một hệ quy chiếu đang quay — quen thuộc nhất chính là Trái Đất đang tự quay. Lực này làm lệch hướng dòng không khí, dòng nước và các vật bay sang phải ở Bắc bán cầu và sang trái ở Nam bán cầu. Tuy là một lực ảo (sinh ra do hệ quy chiếu quay chứ không phải do một tác động vật lý trực tiếp), nhưng hệ quả của nó rất thực tế: nó định hình các hệ thống thời tiết, các dòng hải lưu và cả quỹ đạo của đạn pháo tầm xa.
Công thức
Máy tính này sử dụng độ lớn của lực Coriolis theo phương ngang:
$$F_c = 2 \cdot m \cdot v \cdot \Omega \cdot \sin\!\left(\varphi\right)$$
trong đó m là khối lượng của vật tính bằng kilôgam, v là vận tốc tính bằng mét trên giây, Ω là tốc độ góc của Trái Đất (\(7{,}292 \times 10^{-5}\ \text{rad/s}\), tương ứng một vòng quay mỗi ngày sao), và φ là vĩ độ tính bằng độ. Hệ số \(\sin(\varphi)\) cho thấy hiệu ứng triệt tiêu ở xích đạo (\(\varphi = 0\)) và đạt cực đại ở hai cực (\(\varphi = \pm 90°\)).
Cách sử dụng
Nhập khối lượng của vật chuyển động, vận tốc của nó và vĩ độ nơi vật đang di chuyển. Máy tính sẽ cho ra lực Coriolis tính bằng newton, cùng với gia tốc Coriolis không phụ thuộc khối lượng (\(a_c = 2v\Omega\sin\varphi\)).
Ví dụ minh họa
Một vật nặng 1000 kg chuyển động với vận tốc 100 m/s ở vĩ độ 45°: \(\sin(45°) \approx 0{,}70711\), do đó $$F_c = 2 \times 1000 \times 100 \times 7{,}292 \times 10^{-5} \times 0{,}70711 \approx 10{,}31\ \text{N}.$$ Gia tốc tương ứng vào khoảng \(0{,}01031\ \text{m/s}^2\) — nhỏ trong mỗi giây, nhưng tích lũy đáng kể trên những quãng đường dài và khoảng thời gian lâu.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao lực Coriolis không ảnh hưởng đến nước xoáy khi tháo bồn rửa? Ở quy mô gia đình, gia tốc Coriolis cực kỳ nhỏ so với các yếu tố khác (hình dạng bồn, chuyển động còn sót lại của nước), nên nó không quyết định chiều xoáy khi nước thoát.
Lực này có phụ thuộc vào hướng chuyển động không? Máy tính này cho ra độ lớn cực đại theo phương ngang. Hướng lệch thực tế luôn vuông góc với vận tốc, và thành phần chính xác phụ thuộc vào hướng đi; ở đây chúng tôi dùng độ lớn ngang tiêu chuẩn \(2mv\Omega\sin\varphi\).
Giá trị Ω được sử dụng là bao nhiêu? Tốc độ góc theo ngày sao của Trái Đất, \(7{,}292 \times 10^{-5}\ \text{rad/s}\).
