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输入计算

地球自转 Ω ≈ 0.00007292 rad/s(7.292×10⁻⁵)。计算地球相关问题时保留默认值即可。

数学公式

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结果

科里奥利力
0.103124
牛顿(N)
科里奥利加速度 0.010312 m/s²
sin(纬度) 0.707107

什么是科里奥利效应?

科里奥利效应是指在旋转参考系(例如地球表面)中观察时,运动物体看似发生偏转的现象。它使大尺度天气系统、洋流以及远程弹道发生弯曲。本计算器根据物体的质量、速度、纬度以及旋转天体的角速度,计算作用在运动物体上的科里奥利力的大小。

运动物体在旋转地球上呈曲线偏转,两半球方向相反
科里奥利效应使运动物体在北半球向右偏转,在南半球向左偏转。

如何使用本计算器

输入物体的质量(千克)、速度(米/秒)以及纬度(度,北半球为正、南半球为负)。角速度 Ω 默认采用地球的数值,约为 \(7.292\times10^{-5}\ \text{rad/s}\)——若计算火星等其他旋转天体或旋转平台,可自行修改。计算器会输出以牛顿为单位的科里奥利力、相应的加速度,以及所用纬度的正弦值。

公式详解

科里奥利力的大小为

$$F_c = 2 \cdot m \cdot v \cdot \Omega \cdot \sin(\varphi)$$

其中 \(m\) 为质量,\(v\) 为速度,\(\Omega\) 为角速度,\(\varphi\) 为纬度。在取正弦前,纬度会先换算为弧度。\(\sin(\varphi)\) 这一因子解释了为何水平方向的科里奥利效应在两极最强(\(\sin 90^\circ = 1\)),而在赤道为零(\(\sin 0^\circ = 0\))。将公式除以质量即得加速度 \(a_c = 2v\Omega\cdot\sin(\varphi)\),该值与物体的质量无关。

展示科里奥利公式中纬度角、速度矢量和角速度的示意图
\(F = 2mv\Omega\cdot\sin(\varphi)\) 中的关键量:纬度角 \(\varphi\)、物体速度 \(v\) 和行星的角速度 \(\Omega\)。

计算实例

一个 10 kg 的物体在地球上以 100 m/s 的速度沿 45° 纬度运动(\(\Omega = 7.292\times10^{-5}\ \text{rad/s}\))。\(\sin(45^\circ) \approx 0.70711\)。则

$$F = 2 \times 10 \times 100 \times 0.00007292 \times 0.70711 \approx 0.10312\ \text{N}$$

对应的加速度为 \(0.010312\ \text{m/s}^2\)。

常见问题

为什么赤道处的力为零? 因为 \(\sin(0^\circ) = 0\),所以水平方向的科里奥利力在赤道处消失。

方向重要吗? 本计算器只给出力的大小;在北半球,偏转方向位于运动方向的右侧,在南半球则位于左侧。

地球的 Ω 应取多少? 地球每个恒星日自转一周,对应 \(\Omega \approx 7.292\times10^{-5}\ \text{rad/s}\),即本计算器的默认值。

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