科里奥利力
科里奥利力在自然界和人类生活中的影响及应用
科里奥利力在自然界和人类生活中的影响及应用
科里奥利力是一种由法国物理学家里昂·科里奥利发现的一种新的力。
它也被称为引力短距离作用力，它与重力场的引力作用有所不同。
科里奥
利力是一种距离作用力，当物体间距离很近时，此力会变强；当物体间距
离很远时，此力会逐渐减弱。
科里奥利力在自然界的影响很大。
它可以起到一种组织力，可以在空
间尺度上影响物质的分布。
例如，月球表面的岩石中含有特定的科里奥利力，它能够维持月球大面积的物质分布平衡。
此外，科里奥利力还可以起
到一种力稳定效应。
科里奥利力可以应用于人类生活中。
科里奥利力可以用来制造一些细
小的装置，例如微型结构和微型机械元件。
此外，科里奥利力也可以应用
于药物制造，使得药物可以在特定的距离范围内聚集，提高药物的有效性。
另外，由于科里奥利力的稳定性，它还可以用来控制微型机器操作的精确
性和稳定性。
科里奥利力
d. 科里奥利力的例子 1. 贝尔定律：北半球河流右岸比较陡削，南半球则左 贝尔定律：北半球河流右岸比较陡削， 岸比较陡峭。这是人们从实际观察中总结出来的。 岸比较陡峭。这是人们从实际观察中总结出来的。 这是因为地球实际上是一个转动参考系， 这是因为地球实际上是一个转动参考系，地球上 的运动物体也受科里奥利力的作用。 的运动物体也受科里奥利力的作用。 r 南半球的情况相反 ω r (北) 北 ω r r 北半球 r r r ω f r v′ C 左岸 ′⊗ fC 右岸 v r
d. 科里奥利力的例子 4. 落体偏东 物体从高处自由下落， 物体从高处自由下落，所受科里奥利力的方向不论 在南北半球均向东，因此使落点偏东。 显然， 在南北半球均向东，因此使落点偏东。 显然，赤道上 这一效应最大，两极没有此效应。 这一效应最大，两极没有此效应。
r r r fC = 2m v′ ×ω
( y′)
11
r r r fC = 2m v′ ×ω 易得t 易得 时刻总的惯性力为 r r r r r r r r f惯 = m a′ = 2 m v ′ × ω + rω 2 (sinθ i ′ + cosθ j ′) ω = ω k ′ r r r r 2r r = 2 m v ′ × ω + rω er ′ v ′ = v x′ i ′ + v y′ j ′ r r r 惯性离心力 科里奥利力 a ′ = a x′ i ′ + a y′ j ′ a x′ = 2v′ω cos(ω t ) ( y′) − v′tω sin(ω t ) a y′ = −2v′ω sin (ω t ) ( t 时刻 时刻) θ − v′tω 2cos(ω t ) y (O′) O r r v′ A vx′ = dx′ = v′ sin(ω t) + v′tω cos(ω t) θ dt dy′ ′ vy′ = = v cos(ω t) − v′tω sin(ω t) (x′) dt x
科里奥利力
应用
气体质量流量计
•
质量流量计让被测量的流体通过一个转动或者振动
中的测量管，流体在管道中的流动相当于直线运动，测量
管的转动或振动会产生一个角速度，由于转动或振动是受
到外加电磁场驱动的，有着固定的频率，因而流体在管道
中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度有关，而质量
和运动速度即流速的乘积就是需要测量的质量流量，因而
通过测量流体在管道中受到的科里奥利力，便可以测量其
质量流量。 应用相同原理的还有粉体定量给料秤，
在这里可以将粉体近似地看作流体处理。
应用
• 2 陀螺仪 • 旋转中的陀螺仪会对各种形式的直线
运动产生反映，通过记录陀螺仪部件受到 的科里奥利力可以进行运动的测量与控制 。 • 陀螺仪实验
fcor 2mω v
F ma
fcor称为科里奥利力
2mω v mω (ω r)
式中F为科里奥利力；m为质点的质量；v'为相对于转 动参考系质点的运动速度（矢量）；ω为旋转体系的角速度 （矢量）；×表示两个向量的外积符号（ v'×ω ：大小等于 v*ω,方向满足右手螺旋定则）。
意义
1.在地球科学领域 由于自转的存在，地球并非一个惯性系，而是一个转动参照系，因
旋转体系中质点的直线运动科里奥利力 是以牛顿力学为基础的。1835年，法国气象 学家科里奥利提出，为了描述旋转体系的运 动，需要在运动方程中引入一个假想的力， 这就是科里奥利力。引入科里奥利力之后， 人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简 单地处理旋转体系中的运动方程，大大简化 了旋系的处理方式。由于人类生活的地球本 身就是一个巨大的旋转体系，因而科里奥利
性系中引入牛顿定律。
推导
相对于k’系做匀速运 动的点具有科里奥
科里奥利力的概念及应用
科里奥利力的概念及应用科里奥利力，又称科氏力或柯氏力，是一种在旋转坐标系中物体所受到的惯性力。
它是由于物体在旋转坐标系中运动时，由于角速度的改变而产生的一种力，与物体的质量、速度和角速度都有关。
科里奥利力广泛应用于天文学、航空航天工程等领域中，为研究和设计提供了重要的参考。
一、科里奥利力的概念科里奥利力的概念最早由法国科学家乔斯夫·科里奥利提出，他在1835年的著作《宇航学》中首次阐述了这一力的性质。
科里奥利力是一种虚假力，它并非物体所受到的直接作用力，而是由于物体在旋转坐标系中运动导致的。
在旋转坐标系中，当物体具有一定的质量和速度，并且处于非惯性系中时，科里奥利力就会出现。
这种力的大小和方向与物体的质量、速度以及旋转坐标系的角速度等因素密切相关。
二、科里奥利力的应用1. 天文学中的应用科里奥利力在天文学中扮演着重要的角色。
在旋转天体如行星、星球和恒星的大气层中，科里奥利力的作用导致了气体的运动方式和分布的变异。
例如，在地球的大气圈中，科里奥利力影响了大气运动和气旋的形成。
通过研究科里奥利力，科学家能够更好地理解地球大气层的运动规律。
2. 航空航天工程中的应用科里奥利力在航空航天工程中也具有重要的应用价值。
在高速飞行器或火箭发射过程中，由于旋转坐标系的影响，科里奥利力会对物体产生偏转作用。
工程师们可以利用科里奥利力来控制火箭的姿态，以实现精确的轨道调整和定位。
3. 物理实验中的应用科里奥利力在物理实验中也得到了广泛的应用。
例如，在旋转科里奥利力实验中，通过将液体装置放置在旋转平台上，可以观察到自由液体表面出现湾曲的现象。
这一现象是由于液体中微小的惯性力引起的，通过实验可以研究流体的运动特性和物理规律。
4. 导航系统的应用科里奥利力在全球卫星导航系统（如GPS）中也有着重要的应用。
由于卫星的运行速度非常快，存在着不可忽视的科里奥利力的影响。
因此，在导航系统的设计中，科里奥利力的作用必须被纳入考虑，并在计算中进行修正，以确保导航的准确性。
科里奥利力的计算公式
科里奥利力的计算公式科里奥利力是一种在旋转参考系中出现的虚拟力，在物理学中有着重要的地位。
要理解科里奥利力，咱们得先从它的计算公式说起。
科里奥利力的计算公式是：F = -2m（ω×v）。
这里的 F 表示科里奥利力，m 是物体的质量，ω 是旋转参考系的角速度，v 是物体相对于旋转参考系的速度，而“×”表示矢量叉乘。
为了让大家更清楚这个公式，我给您讲个事儿。
有一次，我在公园里看到一个有趣的现象。
公园里有一个大型的旋转木马，很多小朋友在上面玩儿得不亦乐乎。
我就在旁边观察，突然发现一个小朋友扔出了一个小皮球。
从我们静止在地面上的人的视角看，这个小皮球的运动轨迹很奇怪，它不是直线，而是有一点点弯曲。
这就让我想起了科里奥利力。
就像这个旋转木马上的情况，木马在旋转，就相当于一个旋转参考系。
小朋友扔出的小皮球的速度 v 与旋转木马的角速度ω 相互作用，就产生了科里奥利力，让小皮球的运动轨迹发生了弯曲。
咱们再深入看看这个公式里的每个量。
物体的质量 m 很好理解，就是物体本身的“重量”。
角速度ω 呢，它描述了旋转参考系旋转的快慢。
想象一下地球的自转，地球自转的角速度就决定了很多大气环流和洋流的运动方向。
速度v 是物体在这个旋转参考系中的相对速度。
比如说，在地球上，风从一个地方吹向另一个地方，这个风的速度就是相对于地球这个旋转参考系的速度。
科里奥利力在很多实际的现象中都起着关键作用。
比如在北半球，河流冲刷河岸的时候，右侧的河岸往往受到更强烈的冲刷。
这就是因为河水流动的速度和地球自转的角速度相互作用，产生了科里奥利力，导致了这样的现象。
还有台风的旋转方向。
在北半球，台风通常是逆时针旋转的，而在南半球则是顺时针旋转。
这也是科里奥利力在“搞鬼”。
在日常生活中，我们可能不会直接用到科里奥利力的计算公式去计算什么具体的数值，但了解它能帮助我们更好地理解这个世界。
就像在公园里看到的那个小朋友扔出的小皮球，一个小小的现象背后，其实隐藏着深奥的科学原理。
科里奥利力的名词解释
科里奥利力的名词解释科里奥利力是一种在物理学中常被提及的现象，它是指自由流动的物体在旋转参考系中所受到的一种力。
科里奥利力最早由法国物理学家科里奥利（Gaspard-Coriolis）在19世纪提出，他的早期研究是关于流体，尤其是液体和气体的运动。
科里奥利观察到在旋转参考系中，流体在水平方向上受到的力会导致流体沿着曲线运动，而不仅是沿着直线运动。
他将这种力称为科里奥利力，并开始研究其对其他物体的影响。
科里奥利力的产生是由于旋转参考系中的非惯性力。
在非惯性参考系中，由于旋转的运动，物体的速度和方向都在不断变化。
科里奥利力作为一个视觉上看似恒定的力，是由于速度和方向变化的结果。
这一理论被广泛应用于天文学、地理学、天气预报、工程学等领域。
科里奥利力对大气和海洋运动的影响是十分显著的。
地球自转引起了科里奥利力的产生，这在地理学中被用来解释全球大气循环和洋流运动。
在北半球，自转导致科里奥利力的方向垂直于物体的速度且向右偏转；而在南半球，科里奥利力的方向则向左偏转。
这解释了为什么北半球的气旋会顺时针旋转，而南半球的气旋会逆时针旋转。
科里奥利力在天文学中也有重要的应用。
当观察者位于旋转的天体上时，科里奥利力会导致一种称为科里奥利效应的现象。
科里奥利效应的一个明显体现是在行星和卫星的表面上，看起来物体的运动路径会弯曲。
这是由于观察者自身所处的运动参考系的旋转所致。
此外，科里奥利力还在工程学和技术领域起到了重要作用。
例如，在旋转的机械设备中，科里奥利力会对物体的运动轨迹产生影响。
这往往需要工程师们进行合理的设计和调整，以保证设备的稳定运行。
尽管科里奥利力在物理学中有广泛的应用，但它并非是一个直观易理解的概念。
这是由于科里奥利力是与参考系中的运动相关的，并且在日常生活中我们很少接触到旋转参考系。
因此，理解科里奥利力需要对相对运动和非惯性参考系的概念有一定的认识。
总的来说，科里奥利力是旋转参考系中流动物体所受到的力的一种表现。
科里奥利力
ω
ω
ω
fc = 2mυ ′ × ω
ω υ′
fc
12
一般表示式： 一般表示式：
′ × ω + mω 2 r = ma′ F + 2mυ
惯性力： 惯性力：
Fi = 2mυ ′ × ω + mω r
2
则有： 则有：
F + Fi = ma ′
在非惯性系中， 在非惯性系中，只要在受力分析时加上惯 性力后，就可形式上使用牛顿定律。 性力后，就可形式上使用牛顿定律。
3
讨论
科氏力： 科氏力：
fc = 2mυ ′ × ω
1、科里奥利力的特征 、 1）与相对速度成正比 ） 相对速度成正比 只有在转动参考系中运动时才出现 只有在转动参考系中运动时才出现 运动 2）与转动角速度一次方成正比 ） 转动角速度一次方成正比 当角速度较小时 科氏力比惯性离心力更重要 当角速度较小时，科氏力比惯性离心力更重要 较小 比惯性离心力 3）科氏力方向垂直相对速度 ）科氏力方向垂直 垂直相对速度 该力不会改变相对速度的大小 4）科氏力在地球上的表现 ）科氏力在地球 地球上的表现
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2mυ ′ω
′2 v 2 F − 2m v ′ω − mr ω = m r
在非惯性系中牛二的形式
推广到一般表示式： 推广到一般表示式： 首先引入角速度矢量 首先引入角速度矢量 角速度矢量方向： 角速度矢量方向： 四指绕物体旋转方向， 四指绕物体旋转方向， 拇指的指向就是角速度的方向。 拇指的指向就是角速度的方向。
将惯性系（地面 ） 将惯性系（地面S）中的牛二定律式
v ′2 F =m + 2m v ′ω + mr ω 2 r
质量流量计原理：科里奥利力
科里奥利力科里奥利力（英语：Coriolis force，简称：科氏力）是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。
概述认识历史旋转体系中质点的直线运动科里奥利力是以牛顿力学为基础的。
1835年，法国气象学家科里奥利（Gaspard-Gustave Coriolis）提出，为了描述旋转体系的运动，需要在运动方程中引入一个假想的力，这就是科里奥利力。
引入科里奥利力之后，人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理旋转体系中的运动方程，大大简化了旋转体系的处理方式。
由于人类生活的地球本身就是一个巨大的旋转体系，因而科里奥利力很快在流体运动领域取得了成功的应用。
物理学中的科里奥利力科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性，在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性的作用，有沿着原有运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，体系中质点的位置会有所变化，而它原有的运动趋势的方向，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。
如右图所示，当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于旋转体系，其轨迹是一条曲线。
立足于旋转体系，我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线，这个力就是科里奥利力。
根据牛顿力学的理论，以旋转体系为参照系，这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用，这就是科里奥利力。
从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的体现。
科里奥利力的计算公式如下:式中为科里奥利力；m为质点的质量；为质点的运动速度；为旋转体系的角速度；表示两个向量的外积符号。
科里奥利力与科里奥利加速度的关系通常，在惯性系中观察到的科里奥利加速度，其中为圆盘转动的角速度矢量，为质点所具有的径向速度。
可见科里奥利加速度的方向与科里奥利力的方向相反。
这是因为，科里奥利加速度是在惯性系中观察到的，由作用力产生；而科里奥利力则是在转动的参考系中观察到的，它产生的加速度是相对于非惯性系而言的。
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力，它影响了地球上的流体运动。例如台风的气 体环流图就需要科里奥利力来解释。
关于河流冲刷河岸
•
• 在平时作题时科里奥利力经常被遗漏，应
给予相应的重视。
• 科里奥利力在地球上有以下的表现：
• （1）地面上北半球河流冲刷右岸，火车对
右轨的偏压较大。（在南半球，则对左岸 和左轨作用大。）
• （2）自由落体因受科里奥利力的作用，会
向东偏斜。
• 在北半球的单摆由于受科里奥利力的作用，摆球
轨迹每次都向运动方向的右方偏斜，最后使摆平 面沿顺时针方向转动。根据这一原理制成的傅科 摆，直接证明可地球在自转。
• 为突出科里奥利力，我们选此非惯性系为
地球。
• 地球不是严格的惯性系。
• 它公转并且自转。根据测量，它的公转加速度为
5.9*10^-3米/秒^2，而自转加速度为3.4*10^-2 米/秒^2。因此在这里我们忽略地球公转。
• 对于地球自转，公式（1）中的a约为0，D/Dt约
为0，相对很小，科里奥利力>>惯性离心力。Fi 约为科里奥利力，所以在地球上科里奥利力非常 重要，特别在一些大尺度问题上。
科里奥利力
对于地球大尺度问题 很关键的虚拟力
• 在《力学》中有许多高中时期我们未涉及
或理解错误的知识，而正是这些知识给了
我们很多的乐趣，引起了我们的好奇心。 科里奥利力就是其中一例。
• 科里奥利力涉及了高中时不太涉及的惯性
虚拟力，并且是直线运动和转动运动的综 合产物，而我们在高中时是不讨论两者综 合的情况的。
• 由于高中的影响，我们很注意惯性离心力，
而常常忽视科里奥利力。但当参考系的转 动角速度较小时，科里奥利力比离心力更 重要。
• 在一个非惯性系中，我们定义虚拟力fi为： • fi=-ma -2m*v -m*(*r)- m D/Dt*r（1）
• 公式中的每一项分别代表平移惯性力，科
里奥利力，惯性离心力和由于转动参考系 角速度的变化而产生的惯性力。