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。
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。
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。