Coriolis, doğadaki sıvıyı çok harika hale getirir!
Coriolis (Coriolis, Gustave Gaspard de, 1792 1843) Fransız bir fizikçidir. 1836'da Fransız Bilimler Akademisi üyeliğine seçildi ve 1838'de Paris Polytechnic School'da matematik ve fizik dersleri verdi. 1835'te Coriolis, "Nesne Sisteminin Bağıl Hareket Denklemi" adlı makalesinde dikkat çekti: Bir nesne tekdüze dönüşlü bir referans çerçevesinde hareket ederse, nesneye normal merkezkaç kuvvetinden farklı bir eylemsizlik kuvveti etki eder ve bunu Bu kuvvet, bileşik bir merkezkaç kuvvetidir. Sonraki nesiller, onun adından sonra bileşik merkezkaç kuvvetine "Coriolis kuvveti" adını verdiler.
Coriolis gücü
Coriolis kuvveti, esas olarak koordinat sisteminin dönmesi ve nesnenin dinamik koordinat sistemindeki göreceli hareketinden kaynaklanan "Coriolis kuvveti" olarak kısaltılır. İfade Fc = 2mV × şeklindedir.
Bunlar arasında Fc Coriolis kuvveti, m hareketli nesnenin kütlesi, V hareketli nesnenin vektör hızı, dönen sistemin vektör açısal hızı ve × iki vektörün çapraz çarpımını temsil ediyor.
Formülden görülebileceği gibi Coriolis kuvveti, nesnenin hareket yönü dönme ekseninin yönüne paralel olduğunda sıfırdır.
Not: Coriolis kuvveti, merkezkaç kuvveti gibi, gerçek bir kuvvet değil, eylemsiz bir sistemdeki eylemsizlik etkilerinin bir tezahürüdür (bu makale varsayılan olarak dönen bir sistemdir). Diğer bir deyişle eylemsizlik sistemi açısından Coriolis kuvveti yoktur.
Coriolis kuvvet yönü
Coriolis kuvvetinin Fc yönünü değerlendirmeden önce, her ikisi de aşağıdaki açısal hızın vektör yönünü yargılamak gerekir. Sağ el spiral kuralı . Bu nedenle iki aşamaya ayrılmıştır:
1. Açısal hız yönü: Sağ elin parmakları (başparmak hariç) dönüş yönü boyunca içe doğru bükülür ve baş parmağın işaret ettiği yön, açısal hızın vektör yönüdür.
2. Coriolis kuvvet yönü: Sağ elin parmaklarını (başparmak hariç) (eylemsiz çerçeve içinde) nesnenin hareket yönüne doğrultun ve ardından dört parmağınızı açısal hız yönünde sarın Başparmak yönü Coriolis kuvvetinin yönüdür.
Coriolis kuvvet fenomeni ve uygulaması
1. Baier'in Yasası
Boer Yasası Fiziki coğrafyada, gerçek gözlemlerden özetlenen iyi bilinen bir yasadır, yani: Kuzey yarımküredeki nehirlerin sağ kıyısı daha dik, güney yarım kürenin sol kıyısı ise daha diktir.
Kuzey yarımküreyi örnek olarak ele alırsak, dünyanın dönüşü (açısal hız ) ve nehir akışının (akış hızı Vr) birleşik etkisi altında, Coriolis Fc nehrin sağ kıyısına akmasını sağlar (Sağ el spiral kuralı) , Nehir kıyısının engellenmesi altında, sağ kıyıdaki su sol kıyıdan daha yüksek olacaktır. (Nehir yüzeyi ne kadar genişse, akıntı ne kadar hızlı olursa, yükseklik o kadar büyük olur), Sağ kıyıda nehrin ekstra baskısı, sağ kıyıdaki erozyonu sol kıyıdan daha ciddi hale getirir. , Uzun vadeli birikim, doğru bankayı görece dik yapar.
Kuzey yarımkürede, sağ kıyı akıntı yönünde daha diktir (resim İnternetten alınmıştır)
Kuzey yarımkürede, sağ banka soldan önemli ölçüde daha diktir (resim internetten alınmıştır)
Güzel Irtysh Nehri'nin kıyıları (İnternetten çekilmiş resim)
Baier yasasının genel bir açıklaması: Hareketin yönü boyunca, kuzey yarımküredeki nesneler Coriolis kuvvetlerini sağa alır ve güney yarımküredeki nesneler soldan Coriolis kuvvetlerini alır.
Hayatta birçok ilginç fenomeni de görebilirsiniz:
-
Kuzey yarımkürede, tabanın sağ tarafı genellikle sol taraftan daha erken aşınırken, güney yarımküre bunun tersidir.
-
Kuzey yarımkürede otomobil lastiklerinin sağ tarafı sol tarafa göre daha aşınmışken, güney yarımkürede sola doğru olup ekvatorda sapma yapmaz ve en çok kutup bölgelerinde saptırır.
2. Capiro fenomeni
Dünyanın Coriolis kuvvetinin etkisi altında, Lavabodaki sızıntının girdabı kuzey yarımkürede saat yönünde ve güney yarımkürede saat yönünün tersidir. , Bu fenomen, " Capiro fenomeni ".
Capiro fenomeni: Bilim adamı Capiro, sızan ağızda oluşan girdabın her deneyden sonra lavaboya lağım suyu döktüğünde her zaman sabit bir yönde döndüğünü keşfetti. Bu bağlamda birçok farklı şekillerde sızıntı yaptı, ancak test sonuçları her zaman aynı. Böylece aynı deneyi yapmak için dünyanın her yerine gitti ve güney yarım küredeki su girdabının yönünün kuzey yarımkürenin tam tersi olduğunu gördü. Kuzey yarımkürede saat yönünün tersine ve güney yarımkürede saat yönünün tersine, Ekvatorun yakınında, iki durumun neredeyse yarısı var. Daha sonra insanlar bu fenomeni "Capiro fenomeni" olarak adlandırdılar.
Kuzey yarımkürede, sızıntıya doğru akan suyun yönü boyunca, su akışı Coriolis kuvvetini sağa alır, bu nedenle üstten görünüm saat yönünün tersine bir girdaptır. Ayrıca güney yarımkürede saat yönünde bir girdaptır.
Kuzey yarımkürede girdap (internetten çekilmiş fotoğraf)
Kuzey yarımkürede tuvalet yıkama girdabı (İnternetten alınan resim)
Doğada, Capiro'nun fenomeni ile açıklanabilecek şey şudur: Kasırgalar ve tropikal siklonlar (Kuzey Pasifik'tekiler "tayfunlar" olarak adlandırılır), rotasyonları da yukarıdaki kuralları izler ve kuzey ve güney yarım kürelerle ilgilidir.
Kasırga (İnternetten çekilmiş fotoğraf)
Yaz ve sonbaharda, genellikle Çin'in güneydoğu kıyılarında görülür. tayfun , Tropikal siklonların yoğun gelişiminin bir şeklidir.
Tayfun (saat yönünün tersine tropikal siklon) (İnternetten çekilen resim)
3. Okyanus akıntıları akıyor
Okyanus akıntıları, Tüm yıl boyunca büyük ölçekte belirli bir yönde okyanus yüzeyindeki deniz suyunun nispeten istikrarlı akışını ifade eder. Dünya yüzeyinin farklı enlemleri, farklı miktarlarda güneş ışığı alır ve bu, boylam yönü boyunca bir dizi hava basınç kuşaklarının oluşmasına yol açar. Bu hava basınç kuşaklarının basınç farkıyla tahrik edilen hava, boylam yönünde hareket edecek ve deniz yüzeyine etki eden rüzgar üretecektir. Stres, deniz suyunun akışını yönlendirir ve okyanus akıntılarını oluşturur.
Dünyanın dönüşünün etkisi altında, Okyanus akıntılarının boylam yönü boyunca hareketi, Coriolis kuvvetinden etkilenecek ve doğuya veya batıya sapacaktır. . Coriolis kuvveti prensibinden anlaşılabilir, Kuzey yarımkürede, akıntı sağa, güney yarımküre sola doğru yön değiştirir. .
Okyanus akıntı yönü (kuzey yarımkürede saat yönünde, güney yarımkürede saat yönünün tersine) (resim internetten alınmıştır)
Okyanus akıntıları tarafından yönlendirilen "büyük sarı ördek" nin sürüklenen rotası Aynı zamanda dünyanın dönüşünden kaynaklanan Coriolis kuvvetinin varlığını da güçlü bir şekilde destekler.
Okyanus akıntılarının etkisiyle sürüklenen "büyük sarı ördek" rotası (resim İnternetten alınmıştır)
4. Kütle akış ölçer
Kütle akış ölçer, Coriolis kuvveti prensibine göre sıvının kütle akışını ölçer Farklı kütle akış ölçer modellerinin boru şekli farklı olsa da, ölçüm prensibi aynıdır.
Micro Motion kütle akış ölçer yapı şeması (ağdan alınan resim)
Ölçüm prensibi: Ölçülen sıvının dönen veya titreşen bir ölçüm tüpünden geçmesine izin verin, böylece sıvıyı bir Sabit açısal hız , Belirli bir m kütlesine sahip bir akışkan, V hızında dönen veya titreşen bir ölçüm tüpü boyunca aktığında, Coriolis, ölçüm tüpünün bükülmesine neden olan Fc kuvveti Coriolis kuvvet formülüne göre Fc = 2mV × to, Coriolis kuvvetinin hareket eden sıvının kütlesi m ve hızı v ile orantılı, yani sıvının kütle akış hızı (kütle ve hızın çarpımı) ile orantılı olduğu görülebilir. Böylece, Boruya etki eden Coriolis kuvvetini ölçerek kütle akış hızı ölçülebilir. .
5. Yağlama sisteminde Coriolis direnç torku
Mühendislik uygulamalarında, temsilci olarak sıvı viskoz kavrama ile, birim sürtünme disk sürücü sistemi (tek sürtünme çifti), sıvının dönen koordinat sistemi altında radyal yönde hareket ettiği bir sistem olarak kabul edilebilir.
Dönen paralel disk modeli
Birleşik dönme hareketi (açısal hızlar 1 ve 2) ve yağlama yağı radyal akışı (v) altında, İtici güç dFVis'in tersi olan Coriolis direnci dFCor, şanzıman verimliliğini düşürür.
Tork ve radyal akış arasındaki ilişki
Teorik ve deneysel araştırma şunu buldu: Radyal akış Q ne kadar büyükse, teğetsel Coriolis direnç momenti o kadar büyüktür, bu da gerekli giriş torku M1'in daha büyük olmasına ve çıkış torku M2'nin azalmasına yol açar ve böylece şanzıman verimliliğini azaltır. . Bu nedenle dönen diskin sıvı viskoz iletim uygulamasında, Coriolis tork kontrolüne özel dikkat gösterilmelidir .
*Referanslar:
https://baike.baidu.com/item/%E7%A7%91%E9%87%8C%E5%A5%A5%E5%88%A9%E5%8A%9B/1255543?fr=aladdin
H. Gong, H. Xie, L. Hu ve H. Yang, "Dönen paralel disklerin hidro-viskoz iletimi üzerindeki Coriolis kuvveti ve sıcaklık-viskozite bağımlılığının birleşik etkileri," Tribology International, cilt 117, s. 168-173 .
