地球表面科里奧利力的矢量分析

摘 要 科里奧利力是大學(xué)物理中的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，其表達(dá)式用到了線速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度矢量積的形式，對(duì)地球轉(zhuǎn)動(dòng)參考系中物體的運(yùn)動(dòng)具有豐富的作用形式和效果。然而在三維立體的地球表面上分析其大小和方向，以及其對(duì)宏觀物體如水流、大氣的影響時(shí)相對(duì)比較復(fù)雜，初學(xué)大學(xué)物理的學(xué)生和研究者很難理解相關(guān)物理概念或?qū)χ纬汕逦奈锢韴D像。本文詳細(xì)分析了科里奧利力在地球表面矢量投影的一般表達(dá)式，并定量分析了該力對(duì)一些宏觀物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的影響，為相關(guān)物理課程的講授和學(xué)習(xí)提供參考。

關(guān)鍵詞 科里奧利力;地表;矢量分析

中非國(guó)家烏干達(dá)的國(guó)土被赤道分為兩部分，當(dāng)?shù)鼐用駷榱宋慰?，在赤道兩?cè)距離大約20m 的兩個(gè)位置放置了兩個(gè)水盆，每個(gè)水盆的底部中央開孔，當(dāng)水從孔中流出時(shí)，盆中的水會(huì)形成順時(shí)針（赤道南）和逆時(shí)針（赤道北）相反旋度的旋渦（圖1）[1]。他們以此來(lái)形象地說(shuō)明，南半球和北半球的科里奧利力方向與運(yùn)動(dòng)速度的相反旋度關(guān)系。相較于地球的尺寸而言，相隔如此近的距離科里奧利力居然能產(chǎn)生截然相反的結(jié)果，這不免讓人生疑。對(duì)類似現(xiàn)象的理論分析不僅可以加深我們對(duì)科里奧利力的理解[2-3]，而且能幫助人們鑒別何種現(xiàn)象是可以用物理原理來(lái)解釋的，而何種現(xiàn)象僅僅是一種人為的“魔術(shù)效果”。此外，雖然對(duì)科里奧利力的精確計(jì)算促進(jìn)了氣象、洋流、航天等應(yīng)用[4-6]，但對(duì)于物理教學(xué)方面的闡述還需要進(jìn)行深化。本文旨在對(duì)科里奧利力在地球表面的表現(xiàn)形式作一定量分析。