F5_ układy nieinercjalne

1

5.

ZASADY DYNAMIKI W UKŁADACH NIEINERCJALNYCH

Przyspieszenie w układzie nieinercjalnym:

0

a

a

a

i

n

−

=

F5_ układy nieinercjalne

2

SIŁY W UKŁADZIE NIEINERCJALNYM

0

a

a

a

i

n

−

=

0

a

m

a

m

a

m

i

n

−

=

0

F

F

F

i

n

+

=

0

0

a

m

F

−

=

Siły bezwładności lub siły pozorne

•

nie mają związku z oddziaływaniami.

•

pojawiają się jako skutek nieinercjalności układu odniesienia

•

mogą wywierać skutki analogiczne, jak siły rzeczywiste.

F5_ układy nieinercjalne

3

SIŁY BEZWŁADNOŚCI

Siły bezwładności mogą wywierać takie same skutki, jak siły rzeczywiste.

rysunek Jujki z ‘Wstep do fizyki’,
Wróblewski, Zakrzewski

F5_ układy nieinercjalne

4

ZIEMIA JEST UKŁADEM NIEINERCJALNYM

kolorowe rysunki są z pracy

F5_ układy nieinercjalne

5

SIŁY W UKŁADZIE WIRUJĄCYM

)

'

r

(

2

'

'

×

ω

×

ω

−

×

ω

−

=

m

v

m

F

F

S

S

S

F5_ układy nieinercjalne

6

1. SIŁA ODŚRODKOWA

)

'

(

r

m

F

o

×

ω

×

ω

−

=

•

wartość:

2

2

(

)

r cos =m

R

m

r

m

ω ω

ω

θ

ω

×

×

=

•

kierunek równoległy do

R

•

zwrot od osi obrotu

F5_ układy nieinercjalne

7

SIŁA ODŚRODKOWA NA ZIEMI

r = R

Z

= 6370 km

2

2

24 3600

T

s

π

π

ω

=

=

⋅

5

1

7,3 10

s

ω

−

−

≈

⋅

ω

2

r = 0,034 ms

-2

2

(

)

r cos

O

F

m

r

m

ω ω

ω

θ

=

×

×

=

Przyspieszenie odśrodkowe na równiku

a

O

= 0,3 % g

F5_ układy nieinercjalne

8

SKUTKI SIŁY ODŚRODKOWEJ

•

ELIPSOIDALNY KSZTAŁT ZIEMI

•

PŁYWY MORSKIE

Pływy morskie (przypływy i odpływy) – powtarzające się podnoszenie i opadanie poziomu wody w

oceanie

.

Wywołuje je

zjawisko pływowe

, spowodowane przez siły

grawitacyjne

Księżyca

i

Słońca

(wpływ jest około

dwukrotnie mniejszy). Pewne znaczenie ma również

siła odśrodkowa

wywołana obrotem Ziemi wokół środka

ciężkości układu Ziemia – inne ciało niebieskie.

F5_ układy nieinercjalne

9

2.

SIŁA CORIOLISA

ω

ω

×

=

×

−

=

'

'

2

2

S

S

C

v

m

v

m

F

Prędkość kątowa ma dwie składowe:

F5_ układy nieinercjalne

10

CIAŁA PORUSZAJĄCE SIĘ PIONOWO

Na ciało spadające w dół na półkuli północnej działa siła Coriolisa skierowana
na wschód, o wartości:

F

C

= 2 v

ω

sin

α

= 2 v

ω

cos

ϕ

(pozioma składowa siły odśrodkowej skierowana jest na południe).

F5_ układy nieinercjalne

11

SIŁA CORIOLISA

F5_ układy nieinercjalne

12

CIAŁA PORUSZAJĄCE SIĘ W POZIOMIE

ω

ω

×

=

×

−

=

'

'

2

2

S

S

C

v

m

v

m

F

Składowa horyzontalna

a

powoduje odchylenie

•

w prawo na półkuli północnej

•

w lewo na półkuli południowej

Dla v = 100 m/s a

c

≈

1,5

⋅

10

-2

ms

-2

około 1 % g

h

r

ω

ω

ω

+

=

θ

ω

ω

sin

=

r

Składowe przyspieszenia Coriolisa :

2 '

ch

r

a

v

ω

=

×

horyzontalna

2 '

cr

h

a

v

ω

=

×

„radialna”

F5_ układy nieinercjalne

13

KIERUNKI STAŁYCH WIATRÓW

F5_ układy nieinercjalne

14

KIERUNKI STAŁYCH WIATRÓW

F5_ układy nieinercjalne

15

HURAGANY

F5_ układy nieinercjalne

16

CYKLONY

F5_ układy nieinercjalne

17

PRĄDY OCEANICZNE

Autor: Tomasz Domański

1) Północnopacyficzny,
2) Północnorównikowy,
3) Równikowy wsteczny,
4) Południoworównikowy,
5) Kalifornijski,
6) Peruwiański,
7) Brazylijski,
8) Gwinejski,
9) Zatokowy (Golfsztrom),
10) Labradorski,
11) Północnoatlantycki,
12) Grenlandzki,
13) Kanaryjski,
14) Bengalski,
15) Dryf wiatrów zachodnich,
16) Mozambicki,
17) Somalijski,
18) Zachodnioaustralijski,
19) Wschodnioaustralijski,
20) Kuro-Siwo,
21) Oja-Siwo