Силы инерции и силы гравитации

Системы отсчета, движущиеся с ускорением, – НИСО (неинерциальные).

Уравнения движения тел в НИСО составляют с учетом принципа Даламбера: к фактически действующим силам добавляется сила инерции –

, здесь – ускорение, испытываемое НИСО.

Сила Кориолиса – это одна из составляющих силы инерции во вращающейся системе отсчета при движении тела относительно оси вращения (под углом, в частности, перпендикулярно). Рассмотрим пример движения человека на горизонтальной равномерно вращающейся платформе-крусели (человек переходи из одного кресла в другое). В этом случае сила инерции, действующая на человека В НИСО, связанной с крутящейся каруселью, складывается из двух составляющих – центробежной силы (F _ЦБ= mω ² r), стремящейся отбросить тело от центра, и кориолисовой силы (F _К= 2 mυω ²), толкающей тело вбок. Сила Кориолиса (французского ученого) не зависит от положения тела на платформе, но пропорциональна его массе, скорости движения по платформе и угловой скорости вращения платформы – НИСО. Направление F _К определяют по правилу левой руки: 4 пальца левой руки направить по скорости перемещения объекта относительно НИСО, ладонь сориентировать так, чтобы вектор угловой скорости входил в ладонь, тогда отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление силы Кориолиса (рис.5).

Проявление центробежных сил и сил Кориолиса на вращающейся Земле: подмывание берегов рек, пассаты, зависимость веса тел от широты места, форма Земли. Вес и невесомость.

Кориолисова сила приводит к отклонению падающих тел к востоку. У рек в Северном полушарии, текущих с севера на юг, правый берег более крутой и размытый, чем левый (закон Бэра). F _К прижимает воду к правому берегу и подмывает его. Вековое действие данной силы заставляет реки постепенно изменять свои русла со сдвигом в правую сторону, вследствие чего слева появляются песчаные отмели.

Аналогичное явление проявляется при движении поездов с севера на юг. При этом правый рельс и реборда правого колеса стираются больше, чем левые.

Точно также объясняются искривления направления постоянных пассатных ветров, дующих с севера на юг (в Северном полушарии) и с юга на север (в Южном полушарии). Если бы Земля не вращалась, воздушные массы двигались бы по меридианам и ветры были бы северные и южные. Но из-за вращения Земли северные ветры уклоняются вправо, образуя северо-восточный пассат, а южные потоки воздуха уклоняются влево, образуя юго-восточный пассат (см. рис. 6).

Вследствие вращения Земля имеет форму не идеального шара, а эллипсоида (сжата у полюсов – различие осей эллипсоида составляет 60 км).

На тело массой m, находящееся на поверхности Земли, в СО, связанной с вращающейся Землей, действуют две силы – сила притяжения к Земле (гравитационная), направлена к её геометрическому центру, другая – центробежная сила инерции, направленная перпендикулярно к оси вращения Земли. Вектор суммарной силы – силы тяжести – не совпадает с радиусом Земли, он отклоняется от него на угол, величина которого зависит от широты местности. Направление суммарной силы (силы тяжести) есть направление вектора свободного падения на вращающейся Земле. Направление силы тяжести определяет линию отвеса, или геодезическую вертикаль.

Величина ускорения свободного падения максимальна на полюсе (9,832 м/ с²) и минимальна на экваторе (9,78 м/с²). В городе Кирове с широтой 58,5ْ g = 9,817 м/с². Линия отвеса в городе Кирове проходит на расстоянии 10 км от геометрического центра Земли. Так как с ускорением свободного падения связано понятие веса тела, то вес одного и того же тела (сила, с которой тело действует на опору или подвес) также имеет различное значение на различных географических широтах.

Дата добавления: 2015-07-17