Corioliskraft

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

Corioliskraften er en fiktiv kraft som i fysikken kan innføres for å få et system på jorden til å oppføre seg som et treghetsystem. Corioliskraften ble oppdaget i 1835 av den franske matematiker Gustave Gaspard Coriolis.

Corioliskraften er en (av flere) fiktive krefter som er et resultat av jordrotasjonen. Denne fiktive kraften er svært viktig i forbindelse med meteorologiske beregninger, da vi må opp på en større skala for at Corioliskraften skal få noen større betydning på systemet.

[rediger] Foucaults pendel

Et godt eksempel på Corioliskraften er pendelen (kalt Foucaults pendel) i vestibylen til Fysisk Institutt, Universitetet i Oslo , som i tillegg til å svinge med en periode på noen sekunder roterer rundt på ca 27 timer og 43 minutter [1]. Dette er et resultat av at jorden ikke er et treghetsystem. Dermed, for å få dette fenomenet til å bli forenelig med klassisk mekanikk, må man innføre Corioliskraften.

En enkel måte å forstå dette fenomenet er å tenke seg at pendelen henger på Nordpolen. Den vil svinge frem og tilbake, mens jorden roterer under den med en omløpstid på et døgn. For en observatør på jorden vil det se ut som om det er pendelen som roterer, og ikke hun selv. Siden Oslo ligger på en breddegrad 60 grader nord, blir omløpstiden noe lenger.

Pendelen i Oslo er laget av en forgylt kulelagerkule på 32 kg (20 cm i diameter), og snora er 14,1 meter.

[rediger] Matematikken bak

$m\vec{a'} = m \vec{a} - m \vec{a_0} - m \frac{d\vec{\omega}}{dt} \times \vec{r'} - m\vec{\omega} \times (\vec{\omega} \times \vec{r'}) - m 2 \vec{\omega} \times \vec{v'}$

Komponentene er beskrevet under.

$m\vec{a'}$ er summen av alle reelle og fiktive krefter, målt i et roterende referansesystem (som altså ikke er et treghetssystem).

$m \vec{a}$ er summen av alle reelle krefter.

$- m \vec{a_0}$ er den fiktive kraften som kommer av at origo i vårt system har en akselerasjon relativt til treghetssystemet.

$- m \frac{d\vec{\omega}}{dt} \times \vec{r'}$ er et ledd som utgjøres av den tilsynelatende tangentielle akselerasjonen i det roterende referansesystemet.

$- m\vec{\omega} \times (\vec{\omega} \times \vec{r'})$ er sentrifugalkraften.

$- m 2 \vec{\omega} \times \vec{v'}$ er Corioliskraften.

[rediger] Fiktiv kraft

Det er svært viktig å merke seg at Corioliskraften er en fiktiv kraft, den oppfyller ikke betingelsene for være en "ekte" kraft. Bl.a har den ingen motkraft, som gjør den uforenelig med Newtons 3. lov.

Et annet velkjent eksempel på en fiktiv kraft er sentrifugalkraften. Når du svinger til høyre med en bil, føles det som som du blir presset til venstre av en kraft, populært kalt sentrifugalkraften. Egentlig er det overhode ingen slik kraft, det er heller motsatt: Siden kroppen din har masse, og dermed også treghet, ønsker den å fortsette i den opprinnelige retningen den kom i. Men når bilen svinger rundt deg, presser den på deg til høyre, og du føler at du blir presset venstre. Dermed er det slik at den egentlige fysiske kraften (kalt sentripetalkraften) virker motsatt vei av hva du skulle tro.

Når jorden dreier, beveger et punkt ved ekvator (magnetisk ekvator) seg mye hurtigere enn et punkt ved en av polene. Denne bevegelse skaper helt bestemte mønstre på jorden, for eksempel påvirkes vind og havstrømmer.

[rediger] Noen punkter

Virkningen av corioliseffekten på hav- og luftstrømmer bidrar til at de dreier til høyre på den nordlige halvkulen og til venstre på den sørlige halvkulen.
Luften stiger høyt opp ved ekvator og mister samtidig det meste av sin fuktighet.
Her i de høyere luftlag begynner luftstrømmer bort fra ekvator, mot nord og mot sør.
Når luftstrømmene når 30 grader sør eller nord for ekvator, synker de ned mot bakken igjen. Denne tørre luften blir varmet opp mens den synker mot bakken.
Følgen av dette er at i de subtropiske høytrykksområdene er det varmt og tørt klima hele året.
Fra de subtropiske høytrykksområdene strømmer lufta langs jordoverflaten, mot lavtrykksonen rundt ekvator og mot høyere breddegrader. Det er denne avbøyningen som kalles corioliseeffekten.

• Corioliseffekten: Jordrotasjonen gir dag og natt, og jamner slik ut temperaturen ved å sørge for kontinuerlig vekslende oppvarming/avkjøling av jordoverflata. Energioverskuddet som bygger seg opp i løpet av dagen, stråler ut i atmosfæren og videre ut i verdensrommet i løpet av natta. Rotasjonen har (sammen med jordas kuleform) også en annen klimaeffekt: Alt som settes i bevegelse i forhold til jordoverflata, som elver og vinder (men også for eksempel bevegelsen til et fly!) avbøyes enten til høyre (nord for ekvator), eller til venstre (sør for ekvator). Effekten kalles Coriolis effekt. Den skapes ved at jorda roterer med en fart som øker fra tilnærmet null ved polene til nesten 1700 km i timen ved ekvator.