خانه / ژئومورفولوژی / نیروی کوریولیس
نیروی کوریولیس

نیروی کوریولیس

نیروی کوریولیس

نیرویی است که در اثر تغییر عرض جغرافیایی اجسام متحرک نسبت به زمین و واقع در جو زمین به آن ها وارد می شود.مانند نیروی وارد موشک ها،مولکول های هوا،ابرها

این نیرو نتیجه حرکت وضعی زمین بر روی اجسام متحرک است . حرکت وضعی زمین دو نوع سرعت ، زاویه ای (w ) و خطی (V) دارد . سرعت زاویه ای عبارت است از اندازه زاویه طی شده در واحد زمان که واحد اندازه گیری آن رادیان است و در تمام نقاط کره زمین ثابت است . سرعت خطی ، مسافت طی شده در واحد زمان است که از استوا به قطب کاهش می یابد . در استوا که زمین بیشترین محیط را دارد ، سرعت خطی حرکت وضعی زمین حداکثر است و در قطب ، تقریباً معادل صفر می شود . رابطه بین سرعت زاویه ای و سرعت خطی زمین چنین است :

r = فاصله نقطه مورد نظر از سطح زمین تا محور زمین ، در امتداد      V=wr

خط عمودی از آن نقطه به محور زمین است .

بنابراین هر چه از استوا به طرف عرضهای جغرافیایی بالاتر برویم ، مقدار V ، به دلیل کاهش تدریجی r و ثابت بودن w ، کاهش می یابد تا آنجا که در قطب به صفر می رسد .

نیروی کوریولیس ، نیرویی است که در نتیجه حرکت وضعی زمین بر توده هوای متحرک اثر می کند . اگر جرم ثابتی از هوا را در نظر بگیرید که در استوا با سرعتی خطی برابر با سرعت خطی زمین به دور آن می چرخد . وقتی این توده هوا به طرف عرض های جغرافیایی بالاتر حرکت کند ، هر قدر که از استوا دورتر شود ، سرعت خطی آن از سرعت خطی زمین در عرضهای بالاتر بیشتر می شود و سرانجام از آن جلو می زند ( در نیمکره شمالی ) این فرایند را . سی . جی کوریولیس در سال ۱۸۴۴ کشف کرد و نیروی

حاصل از آن را به افتخار او نیروی کوریولیس نامیدند.

بخاطر جهت حرکت زمین از غرب به شرق ، حرکت وضعی زمین برای ناظری فضایی که از بالای قطب شمال به آن نگاه می کند در خلاف جهت حرکت عقربه ساعت و برای ناظر در قطب جنوب ، جهت موافق عقربه ی ساعت خواهد بود . در نتیجه انحراف حاصل از نیروی کوریولیس در نیمکره شمالی به طرف راست مسیر و حرکت و در نمیکره جنوبی به طرف چپ این مسیر خواهد بود .

مقدار نیر.وی کوریولیس در هر نقطه از زمین از معادله زیر بدست می آید .

  عرض جغرافیایی   

 سرعت زاویه ای

V  سرعت خطی

مقدار F با سرعت توده هوا و عرض جغرافیایی بستگی پیدا می کند .

یعنی هر چه بار سریعتر ، مقدار نیروی توریولیس بیشترباشد انحراف حاصل از آن زیادتر است .

اثر کوریولیس

مفهوم کوریولیس به این معناست که چگونه در نبود اصطکاک به جای اینکه هوا خطوط هم فشار را در مسیر شیب فشار قطع کند مانند بادهای زمین گرد موازی با خطوط هم فشار می‌وزد. در گردش ساده‌ای که اثر کوریولیس هوایی را که به سمت قطب حرکت می‌کند، به سمت شرق منحرف می‌نماید. بنابراین بادهای غربی بوجود می‌آیند. هوایی که به استوا می‌وزد به سمت غرب منحرف شده و بادهای شرقی را بوجود می‌آورد. بنابراین بدون اثر اصطکاک سطح نیروی کوریولیس همراه با بودجه حرارتی جهانی ، نهایتا بادهای غربی در سطوح فوقانی جو برای تمام عرضها و بادهای شرقی را در سطوح تحتانی جو بوجود می‌آورد. هر چند اصطکاک سطحی اجازه نمی‌دهد چنین تعادل کاملی به انتها برسد.

به علت اصطکاک ، جریان نزدیک به سطح زمین با زاویه‌ای نسبت به استوا شیبهای فشار را قطع خواهد کرد. هوایی که گرم شده و صعود کرده در بالای زمین نیروی شیب فشاری کمی بزرگتر از نیروی کوریولیس شده و سپس به سمت قطب رانده می‌شود. در عرضهای بالاتر این جریان هوا سرد خواهد شد و منجر به این می‌شود که نشست کرده و به این وسیله جریان نصف النهاری کامل می‌گردد. بنابراین با وجود تمایل نیروی کوریولیس برای تشکیل یک جریان کامل مداری ، یک گردش نصف النهاری یا تبادل هوا در مسیر شمال – جنوب هنوز برقرار خواهد بود.

گردش نصف النهاری از این نوع در حقیقیت در فاصله حدود l5 درجه تا ۲۰ درجه از دو سمت استوا وجود دارد و اجزای آن در هر نیمکره به افتخار جرج هادلی (Gerge Hadley) ، سلول هالدی نامیده می‌شود. وی در سال ۱۷۳۵ بادهای تجارتی شرق در عرضهای پایین را ، ناشی از گرم شدن نابرابر سطح زمین و ترکیب آن با چرخش زمین ، تشریح نمود. او در مطالعاتش حدس زد که لازم است یک حرکت جهت برقراری تعادل از غرب به شرق وجود داشته باشد. این بدان معنا است که وجود بادهای غربی یا مخالف تجارتی برای حصول اطمینان از این است که توزیع جرم زمین (سطح + جو) بطور متوسط در اطراف محور زمین ثابت مانده و حفظ شود. در غیر این صورت چرخش زمین به دور محورش غیر یکنواخت و شبیه لنگ زدن فرفره‌ای که بد می‌چرخد خواهد بود.

گردش جوی بر روی کره زمین در حال دوران ( اثر کوریولیس )

مفهوم کوریولیس به این معناست که چگونه در نبود اصطکاک به جای اینکه هوا خطوط هم فشار را در مسیر شیب فشار قطع کند مانند بادهای زمین گرد موازی با خطوط هم فشار می‌وزد. در گردش ساده‌ای که اثر کوریولیس هوایی را که به سمت قطب حرکت می‌کند، به سمت شرق منحرف می‌نماید. بنابراین بادهای غربی بوجود می‌آیند. هوایی که به استوا می‌وزد به سمت غرب منحرف شده و بادهای شرقی را بوجود می‌آورد. بنابراین بدون اثر اصطکاک سطح نیروی کوریولیس همراه با بودجه حرارتی جهانی ، نهایتا بادهای غربی در سطوح فوقانی جو برای تمام عرضها و بادهای شرقی را در سطوح تحتانی جو بوجود می‌آورد. هر چند اصطکاک سطحی اجازه نمی‌دهد چنین تعادل کاملی به انتها برسد.

به علت اصطکاک ، جریان نزدیک به سطح زمین با زاویه‌ای نسبت به استوا شیبهای فشار را قطع خواهد کرد. هوایی که گرم شده و صعود کرده در بالای زمین نیروی شیب فشاری کمی بزرگتر از نیروی کوریولیس شده و سپس به سمت قطب رانده می‌شود. در عرضهای بالاتر این جریان هوا سرد خواهد شد و منجر به این می‌شود که نشست کرده و به این وسیله جریان نصف النهاری کامل می‌گردد. بنابراین با وجود تمایل نیروی کوریولیس برای تشکیل یک جریان کامل مداری ، یک گردش نصف النهاری یا تبادل هوا در مسیر شمال – جنوب هنوز برقرار خواهد بود.

گردش نصف النهاری از این نوع در حقیقیت در فاصله حدود۱۵ درجه تا ۲۰ درجه از دو سمت استوا وجود دارد و اجزای آن در هر نیمکره به افتخار جرج هادلی (Gerge Hadley) ، سلول هالدی نامیده می‌شود. وی در سال l735 بادهای تجارتی شرق در عرضهای پایین را ، ناشی از گرم شدن نابرابر سطح زمین و ترکیب آن با چرخش زمین ، تشریح نمود. او در مطالعاتش حدس زد که لازم است یک حرکت جهت برقراری تعادل از غرب به شرق وجود داشته باشد. این بدان معنا است که وجود بادهای غربی یا مخالف تجارتی برای حصول اطمینان از این است که توزیع جرم زمین (سطح + جو) بطور متوسط در اطراف محور زمین ثابت مانده و حفظ شود. در غیر این صورت چرخش زمین به دور محورش غیر یکنواخت و شبیه لنگ زدن فرفره‌ای که بد می‌چرخد خواهد بود.

سرعت بادها

سرعت بادها بوسیله پایستاری تکانه زاویه‌ای به تنهایی بوسیله تغییر در فاصله هوای متحرک از محور چرخش کره زمین تعیین می‌گردد. هوای در حال حرکت به سمت قطب به بادهای غربی قوی و قویتری بدل شده بطوری که حرکت به سمت قطب باعث می‌شود که هوا به محور چرخش زمین نزدیک و نزدیکتر شود. این کاهش فاصله به صورت عددی بوسیله کسینوس عرض جغرافیایی تعریف می‌گردد. بنابراین وقتی هوا از استوا شروع کرده و به عرض ۲۰ درجه می‌رسد فاصله‌اش از محور چرخش به ۹۴۰/۰ از مقدار اصلی کاهش می‌یابد و در عرض ۴۵ درجه به ۷۰۷/۰ از مقدار اصلی کاهش می‌یابد. همین کاهش است که افزایش باد اندازه گیری شده از سطح زمین را بوجود می‌آورد. از این حقیقت می‌توان محاسبه کرد که پایستاری تکانه زاویه‌ای به تنهایی در هوایی که از استوا نشأت گرفته در طبقات فوقانی جو بادهای غربی با سرعت ۵۸ متر بر ثانیه در عرض ۲۰ درجه و سرعت ۳۲۸ متر بر ثانیه در عرض ۴۵ درجه بوجود می‌آورد. برعکس هوایی که از عرض ۲۰ نشأت گرفته و به سمت استوا حرکت می‌کند در سمت استوا بصورت یک باد شرقی خواهد وزید که سرعتی معادل ۵۸ متر بر ثانیه دارد.

تجزیه و تحلیلهای نظری نشان داده است که سرعت زیاد باد در عرضهای ۴۵ درجه و شیب فشار مرتبط با آن می‌تواند ناپایداری بزرگی را ایجاد کند. هر اغتشاش کوچک در جریان مداری بزرگ شده و باعث از هم گسیختگی سیستم گردش مداری خواهد شد هر چند در عرضهای پایین‌تر ، مثلا در فاصله ۲۰ درجه از استوا ، جریانهای مداری که بوسیله پایستاری تکانه زاویه‌ای بوجود آمده‌اند قابل تشکیل هستند. نتیجه جریانهای مداری – بادهای شرقی دائمی – که از نواحی حاره‌ای می‌وزند نسبتا پایدار بوده و می‌توانند بصورت دائمی باقی بمانند. یک محدودیت نظری دیگر وجود دارد که به علت فاصله از استوا بوجود می‌آید که به جریان مداری که بوسیله گردش ساده سلول هادلی مربوط می‌شود. چنین سلولی باید به عرضهای پایین جغرافیایی محدود گردد و لبه رو به قطب آن جد جریانهای حاره و مرز استوایی آن حد جریانهای عرضهای میانه (بادهای غربی) را نشان می‌دهد.

اگر چه بطور متوسط بادهای غربی عرضهای میانه بصورت دائمی جریان دارند. قدرت بالقوه جهت از هم گسیختگی این جریان مداری ، توسط امواجی در جریان باد و گاهی هم بوسیله بسط و توسعه چرخش کلی در داخل سیستم بیان می‌شود. یک تمایل در ایجاد جریانهای موجی شکل در عرضهای پایین هم وجود دارد ولی مشابه بادهای قوی غربی نیست. این شرایط گویای وجود قانون دیگری از بقاست که از تداوم چرخش زمین بوجود می‌آید: پایستاری تاوایی مطلق.

اثر کوریولیس

فرض کنید شما روی قطب شمال ایستاده اید وسنگی را مستقیم به سمت استوا پرتاب می کنید حال اگر فرض کنیم که زمین  نچرخد این سنگ دقیقا روی یک نصف النهار حرکت می کند و دقیقا به  نقطه ی روبروی شما در استوا برخورد می کند.اما واقعیت این است که زمین حوی محور قطبها از غرب به  شرق می چرخد بنابراین هنگامی که سنگ در حال پرواز  است زمین به سمت شرق حرکت کرده است پس سنگ در سمت غرب هدف فرود می آید.این پدیده دراثر کوریولیس به وجود می آید.این اثر به دلیل چرخش زمین ایجاد میشود.(به شکل دقت کنید)

 

این اثر باعث می شود در نیم کره شمالی اجسام متحرک ظاهرا به سمت راست خود  منحرف شوند.مثلا اگر جسم از شمال به سمت جنوب حرکت کند به سمت غرب منحرف می شود واگر از جنوب به سمت شمال حرکت کند به سمت شرق منحرف می شود. در نیم کره جنوبی اجسام به سمت چپ خود منحرف می شوند.

این خم شدن مسیر حرکت را به نیروی فرضی نسبت می دهند که به آن نیروی کوریولیس می گویند.در حقیقت چون زمین گردان یک دستگاه لخت نیست این نیرو  را برای به کار بردن قوانین نیوتن در نظر می گیرند.لازم به یاد آوریست که قوانین نیوتن فقط در دستگاه لخت (دستگاهی که شتاب ندارد -ساکن یا سرعت ثابت)معتبر است واگر بخواهیم از این قوانین در یک دستگاه شتابدار استفاده کنیم باید نیروهایی فرضی را در نظر بگیریم که وجود خارجی ندارند اما باید آنها را در نظر بگیریم.کوریولیس یکی از همین نیرو هاست.

عوامل موثر بر نیروی کوریولیس : F= 2 W V sin θ M

*سرعت زایه ای چرخش زمین که همواره ثابت است و برابر  ۰٫۰۰۰۰۷۲۷  رادیان بر ثانیه است.(w)

*سرعت حرکت جسم(v)

*سینوس عرض جغرافیایی منطقه ای که جسم انجا حرکت می کند.

*جرم جسم)M)

با توجه به عوامل فوق می توانیم بگوییم:

۱-نیروی کوریولیس به اجسام ساکن واجسام روی خط استوا وارد نمی شود.اما در قطبها بیشینه است.

۲-هرچه سرعت حرکت جسم بیشتر باشد.اثر این نیرو نیز بیشتر است.

۳-در نیم کره شمالی باد وتوده های هوای متحرک ساعتگرد می چرخند.(در نبم کره جنوبی پاد ساعتگرد)

Coriolis_effect14

۴-در حرکت موشک ها اثر نیروی کوریولیس محاسبه می شود وگرنه هیچ موشکی به هدف برخورد نمی کند.

۵-این نیرو روی حرکت آب رودخانه ها موثر است . به عنوان مثال رود خانه ی کرخه چون از شمال به جنوب جریان دارد به سمت غرب منحرف شده است .

۶-این نیرو روی جریانهای آب اقیانوسی اثر گذار است.همانطور که گفته شد جریانهای آبی که به سمت استوا حرکت می کنند به سمت غرب منحرف می شوند (در نیم کره شمالی به سمت راست ودر نیم کره جنوبی به سمت چپ منحرف می شوند بنابراین هر دو به سمت غرب منحرف می شوند)بنابراین در سواحل شرقی یک قاره  بر امدگی آب پیش می آید.به عنوان مثال آب در سوال شرقی قاره امریکا از سواحل غربی آن بالا تر است.همچنین بالا امدن آب در خلیج مکزیک به دلیل اثر کوریولیس است.

5

در این تصویر حرکت به سمت غرب در جریانهای اقیانوسی مشخس شده است.

۷- نیروی کوریولیس بر سرعت جسم عمود است بنابراین نمی تواند اندازه سرعت را تغییر دهد وفقط جهت سرعت را تغییر می دهد.

۸- اگر شما داخل یک دستگاه گریز از مرکز باشید(اتاقی که با سرعت زیاد حول یک دایره می چرخد)برای نشانه گیری با ((دارت )))هدف را روبروی خود قرار می دهید یا در پهلو ؟

Darts

 

درباره سید امین خسروی

من سید امین خسروی دانش آموخته مهندسی آبخیزداری از دانشگاه ارومیه هستم و این تارنما رو جهت فراهم آوردن مرجعی برای دانشجویان رشته های منابع طبیعی و محیط زیست و کشاورزی با تاکید بر رشته های مرتع و آبخیزداری و جنگلداری برپاکردم. خوشحال میشم با ارائه نظراتتون و لینک ادرس ما در وبلاگ وسایتتون و ارسال پاورپوینت و تحقیقات کلاسیتون به ایمیل ما ،مارو در هر چه بهتر شدن سایت یاری کنید. ادرس ایمیل سایت: aminkhosravi1471@gmail.com

پاسخ بدهید

ایمیلتان منتشر نمیشودفیلدهای الزامی علامت دار شده اند *

*

کد امنیتی مقابل را وارد نمایید * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

رفتن به بالا