Lực coriolis là gì? Nguyên nhân sinh lực và công thức tính

Lực Coriolis là gì?

Lực Coriolis là hiệu ứng xảy ra trong các hệ quy chiếu quay so với các hệ quy chiếu quán tính, được đặt theo tên của Gaspard-Gustave de Coriolis-nhà toán học, vật lý học người Pháp đã mô tả nó năm 1835 thông qua lý thuyết thủy triều của Pierre-Simon Laplace.

Nó được thể hiện qua hiện tượng lệch quỹ đạo của những vật chuyển động trong hệ quy chiếu này. Sự lệch quỹ đạo do một loại lực quán tính gây ra, gọi là lực Coriolis.

Lịch sử của lực Coriolis

Lực Coriolis được đặt theo tên của người đã khám phá ra nó và mô tả lại vào năm 1835. Tên đầy đủ của người là Gaspard-Gustave de Coriolis.

Gió thổi do áp lực chênh lệch. Điều này được gọi là lực gradient áp lực. Hãy suy nghĩ về nó theo cách này: Nếu bạn bóp một quả bóng ở một đầu, không khí sẽ tự động đi theo con đường của sự kháng cự ít nhất và làm việc hướng tới một vùng áp suất thấp hơn. Thả vali của bạn và không khí chảy trở lại khu vực bạn (trước đó) vắt. Không khí hoạt động theo cách tương tự. Trong khí quyển, các trung tâm áp suất cao và thấp bắt chước ép được thực hiện bằng tay trong ví dụ bong bóng. Sự khác biệt lớn hơn giữa hai vùng áp suất, tốc độ gió càng cao .

Thí nghiệm kiểm tra lực coriolis

Thí nghiệm kiểm chứng Hiệu ứng Coriolis được tiến hành với một chậu nước được để tĩnh lặng, sau đó đục một lỗ nhỏ giữa chậu để quan sát chuyển động của xoáy nước có thể thêm vài giọt màu sắc để dễ quan sát.Thí nghiệm xoáy nước thực hiện tại Sydney thành phố của đất nước Australia một khu vực thuộc nam bán cầu.

Nó được thể hiện qua hiện tượng lệch quỹ đạo của những vật chuyển động trong hệ quy chiếu quay so với hệ quy chiếu quán tính. Sự lệch quỹ đạo do một loại lực quán tính gây ra, gọi là lực Coriolis.

Lực Coriolis là nguyên nhân hình thành nên các dòng xoáy nước, và các xoáy nước này quay theo hai chiều trái ngược nhau ở hai cực của trái đất. Tính từ đường xích đạo đối với các khu vực thuộc nam bán cầu các xoáy nước sẽ có chiều xoáy cùng chiều kim đồng hồ. Các khu vực thuộc bắc bán cầu tính từ đường xích đạo các xoáy nước có chiều xoáy ngược chiều kim đồng hồ.

Ví dụ về lực Coriolis

Nếu từ một miền nào đó trên Bắc Bán Cầu có luồng gió bắt đầu thổi về phía Cực Bắc, nghĩa là luồng gió này tiến về những vùng vĩ tuyến có vận tốc dài nhỏ hơn so với nó.

Do vậy gió thổi tới các miền ở phương Bắc không theo chiều Bắc mà theo chiều Tây-Bắc. Càng xa điểm xuất phát bao nhiêu thì thành phần “phương Đông” càng lớn bấy nhiêu. Đối với người quan sát trên mặt đất thì hiện tượng này trông như thể có một lực nào đấy tác động từ phía Tây về phía Đông. Lực này chính là lực Coriolis.

Nguyên nhân sinh ra lực Coriolis

Nguyên nhân sinh ra lực Coriolis là Trái Đất tự quay quanh trục theo hướng từ Tây sang Đông. Do Trái Đất tự quay trục, mọi vật thể chuyển động trên Trái Đất đều chịu tác động của lực gây ra chuyển động ban đầu và lực do sự tự quay theo hướng từ Tây sang Đông của Trái Đất.

Do vậy, các vật thể chuyển động trên bề mặt Trái Đất sẽ bị lệch hướng so với hướng ban đầu (vì phải giữ nguyên chuyển động thẳng hướng theo quán tính). Lực làm lệch hướng đó gọi là lực Coriolis.

Công thức tính lực Coriolis

Lực Coriolis được xác định bằng công thức sau:

Trong đó

• m: khối lượng của vật
• v: vận tốc của vật
• ω: tốc độ góc của hệ vật
• vectơ v x vectơ ω: tích có hướng của vectơ vận tốc v và vectơ vận tốc ω của hệ.

Hiệu ứng Coriolis trong khí tượng và hải dương học

Trong các bài báo khoa học đầu tiên thì sau khi lực Coriolis được phát hiện ra giống như một lực ly tâm. Lực này sẽ là lực của một vật thể chuyển động so với một hệ thống làm chuẩn và quay. Đây là những gì đang xảy ra với Trái Đất.

Giống như bạn đặt một viên bi vào một bánh răng đang chuyển động, quỹ đạo của nó sẽ có thay đổi còn tùy thuộc vào tốc độ của viên bi. Vì vậy mà chúng ta có thể giả định rằng tốc độ mà bánh răng quay là không đổi. Tương tự với với tốc độ quay của Trái Đất, nó sẽ không thay đổi.

Vì lý do này mà độ lệch cũng như cách phát âm quỹ đạo của các vật thể trên bề mặt trái đất sẽ được điều hòa bởi tốc độ. Cùng xem tầm quan trọng của chúng trong lĩnh vực khí tượng và hải dương học.

Khi một khối không khí hoặc nước chuyển động, chúng theo vận động theo các đường kinh tuyến trên mặt đất. Do đó, tốc độ của nó bị thay đổi cũng như quỹ đạo của nó chịu sự tác động của hiệu ứng Coriolis.

Hiệu ứng này giúp chúng ta biết rằng bất cứ khi nào có chuyển động quay, các xoáy sẽ quay theo hình dạng đã mô tả. Điều này xảy ra với các cơn bão và thuốc chống đông trên bất kỳ hành tinh nào mà không chỉ trên mỗi Trái Đất của chúng ta. Ngoài ra, lực Coriolis cũng xảy ra với sự quay của mặt trời và các ngôi sao.

Hiệu ứng này diễn ra theo cách mạnh hơn ở đường xích đạo vì nó là khu vực mà tốc độ bề mặt lớn nhất. Ở các cực nó chậm hơn. Điều này là do ở xích đạo, khoảng cách đến tâm Trái đất lớn hơn.

Tại sao bão lại quay ngược hướng?

Các lưu vực có hình dạng phù hợp hơn, chẳng hạn như lưu vực Bắc Đại Tây Dương và lưu vực Nam Đại Tây Dương, giúp chuyển hướng các dòng hải lưu. Nó lệch sang phải ở bán cầu bắc và lệch sang trái ở bán cầu nam. Đối với gió cũng vậy.

Mặt khác, một cơn bão quay theo hướng ngược lại do hiệu ứng Coriolis. Những cơn bão này có thể được đo trên nhiều km và có các cực của chúng ở các bán cầu khác nhau. Khi điều này xảy ra, chúng quay theo các hướng ngược nhau trong mỗi bán cầu vì mỗi cạnh có tốc độ khác nhau khi Trái đất quay, do đó, cơn bão kết thúc theo hình xoắn ốc.

Trong trường hợp của các thiên hà, lực hấp dẫn định vị trung tâm của thiên hà bên trong một lỗ đen khổng lồ, lỗ đen quay và thu hút tất cả vật chất xung quanh nó. Tuy nhiên, lực hấp dẫn suy yếu ra khỏi trung tâm của thiên hà. Điều này làm chậm vật liệu và tạo ra hiệu ứng xoáy. Hãy nhớ rằng trung tâm của các thiên hà được hình thành bởi các lỗ đen.

Như vậy là vừa rồi AME Group đã cùng bạn đi tìm hiểu về lực Coriolis. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi vừa cung cấp có thể giúp bạn trong quá trình tìm hiểu. Hẹn gặp lại bạn trong các bài chia sẻ bổ ích tiếp theo của chúng tôi. Cảm ơn bạn đã quan tâm và đọc bài viết của chúng tôi.