코리올리 포스

시리즈의 일부(on)
고전역학
${\displaystyle {\textbf {F}}={\frac {d}{dt}}(m{\textbf {v})}$ 운동 제2법칙
역사 타임라인 교재
나뭇가지 응용의 천상의 연속체 다이나믹스 운동학 운동학 통계학 통계역학
펀더멘털 액셀러레이션 각운동량 커플 달랑베르의 원리 에너지 운동성의 잠재적인 힘. 기준틀 관성기준틀 충동 관성/관성모멘트 덩어리 기계력 기계작업 순간. 모멘텀 공간 스피드 시간을 토크 속도 가상작업
제형 뉴턴의 운동 법칙 해석역학 라그랑주 역학 해밀턴 역학 루시안 역학 해밀턴-야코비 방정식 소구의 운동방정식 쿠프만 폰 노이만 역학
핵심주제 댐핑 변위 운동방정식 오일러의 운동 법칙 가공의 힘 마찰 고조파 발진기 관성/비관성 기준 프레임 평면입자운동역학 움직임(선형) 만유인력의 법칙 뉴턴의 운동 법칙 상대속도 강체 동역학 오일러 방정식 단순 고조파 운동 진동
로테이션 원운동 회전기준틀 구심력 원심력 반응성의 코리올리 포스 진자 접선속도 회전주파수 각가속도/변위/주파수/속도
사이언티스트 케플러 갈릴레오 호이겐스 뉴턴 경이다. 호록스 핼리 모페르튀아속 다니엘 베르누이 요한 베르누이 오일러 달랑베르 클레로 라그랑주 라플라스 해밀턴 포아송 코시 라우스 리우빌 아소 깁스 쿠프만 폰 노이만
물리학 포털 카테고리
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물리학에서 코리올리스 힘은 관성 프레임에 대해 회전하는 기준 프레임 내에서 움직이는 물체에 작용하는 관성 또는 가상의 힘입니다.시계 방향으로 회전하는 기준 프레임에서 힘은 물체의 움직임의 왼쪽에 작용합니다.반시계 방향(또는 반시계 방향) 회전의 경우 힘이 오른쪽으로 작용합니다.코리올리스 힘에 의한 물체의 편향을 코리올리스 효과라고 합니다.이전에 다른 사람들이 인정했지만, 코리올리 힘에 대한 수학적 표현은 물레방아 이론과 관련하여 프랑스 과학자 가스파드 구스타브 드 코리올리의 1835년 논문에 등장했습니다.20세기 초, 코리올리 힘이라는 용어는 기상학과 관련하여 사용되기 시작했습니다.

뉴턴의 운동 법칙은 관성(비가속) 기준 틀에서 물체의 운동을 설명합니다.뉴턴의 법칙이 회전하는 기준 틀로 바뀌면 코리올리와 원심 가속도가 나타납니다.질량이 있는 물체에 적용할 때, 각각의 힘은 질량에 비례합니다.코리올리 힘의 크기는 회전 속도에 비례하고 원심력의 크기는 회전 속도의 제곱에 비례합니다.코리올리 힘은 관성프레임에 대한 회전프레임의 각속도와 회전프레임에 대한 몸체의 속도의 두 가지 양에 수직한 방향으로 작용하며, 그 크기는 회전프레임에서의 물체의 속도에 비례합니다(정확히는,회전축에 수직인 속도의 성분으로 이동합니다.)원심력은 반경 방향 외측으로 작용하며 회전 프레임의 축으로부터 차체의 거리에 비례합니다.이러한 추가적인 힘을 관성력, 가상력 또는 유사력이라고 합니다.이러한 가상의 힘을 회전하는 기준 틀에 도입함으로써 뉴턴의 운동 법칙을 관성계인 것처럼 회전계에 적용할 수 있습니다. 이러한 힘은 비회전계에서는 필요하지 않은 보정 요소입니다.

"코리올리스 효과"라는 용어를 일반적으로 사용하는 비기술적인 용어에서는 회전 기준 프레임이 거의 항상 지구입니다.지구가 회전하기 때문에, 지구로 향하는 관측자들은 물체의 움직임을 정확하게 분석하기 위해서 코리올리 힘을 설명해야 합니다.지구는 낮/밤 주기마다 한 바퀴씩 회전하기 때문에 일상적인 물체의 움직임에 대해서는 코리올리스 힘을 감지할 수 없습니다. 대기 중의 공기나 바다의 물의 대규모 움직임과 같이 먼 거리와 긴 시간에 걸쳐 일어나는 움직임에 대해서만 효과가 두드러집니다. 또는 고도의 정밀도가 중요한 곳., 장사정포나 미사일 궤도 같은 것들.그러한 운동은 지표면에 의해 제한되므로 코리올리 힘의 수평 성분만이 일반적으로 중요합니다.이 힘은 북반구에서는 지구 표면의 움직이는 물체가 (이동 방향에 대해) 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 치우치게 합니다.수평 편향 효과는 극 근처에서 더 크며, 국소 수직 축에 대한 유효 회전 속도가 가장 크며, 적도에서는 0으로 감소하기 때문입니다.바람과 전류는 고기압에서 저기압으로 직접 흐르기 보다는, 회전하지 않는 시스템에서와 같이, 적도의 북쪽 방향의 오른쪽으로 (시계방향으로) 흐릅니다.이 효과는 사이클론의 회전과 그에 따른 형성의 원인이 됩니다(기상학의 코리올리스 효과 참조).

역사

이탈리아 과학자 지오반니 바티스타 리치올리와 그의 조수 프란체스코 마리아 그리말디는 1651년 알마게스툼 노붐에서 포병과 관련하여 지구의 회전은 북쪽으로 발사된 대포알이 ^[2]동쪽으로 편향되게 해야 한다고 기술했습니다.1674년, 클로드 프랑수아 밀리에 드찰레스는 그의 "Cursus seu Mundus Mathematicus"에서 지구의 회전이 어떻게 지구의 극들 중 하나를 향해 떨어지는 물체들과 발사체들의 궤도들에 편향을 일으키는지에 대해 묘사했습니다.리치올리, 그리말디, 데칼레스는 모두 코페르니쿠스의 태양중심 체계에 반대하는 주장의 일부로 그 효과를 설명했습니다.다시 말해서, 그들은 지구의 자전이 그 효과를 만들어 내야 한다고 주장했고, 그래서 그 효과를 감지하지 못한 것은 움직이지 않는 ^[3]지구에 대한 증거였습니다.코리올리 가속도 방정식은 1749년 ^[4][5]오일러에 의해 도출되었고, 그 효과는 1778년 ^[6]피에르시몽 라플라스의 조수 방정식에서 설명되었습니다.

Gaspard-Gustave Coriolis는 1835년에 ^[7][8]물레방아와 같은 회전 부품을 가진 기계의 에너지 수율에 대한 논문을 발표했습니다.본 논문에서는 회전하는 기준 틀에서 검출되는 보충력을 고려하였습니다.코리올리스는 이 보충군을 두 가지로 나누었습니다.두 번째 범주는 좌표계의 각속도와 입자의 속도를 계의 회전축에 수직인 평면으로 투영한 교차곱에서 발생하는 힘을 포함합니다.코리올리는 카테고리 ^[9][10]1에서 이미 고려된 원심력과 유사하기 때문에 이 힘을 "복합 원심력"이라고 불렀습니다.그 효과는 20세기 초에 "코리올리스의 ^[11]가속"으로 알려졌고, 1920년에는 "코리올리스 힘"^[12]으로 알려졌습니다.

1856년, 윌리엄 페렐은 코리올리스 힘에 의해 공기가 굴절되어 우세한 ^[13]편서풍을 만드는 중위도의 순환 세포의 존재를 제안했습니다.

처음에는 ^[14]지구의 회전이 기류에 정확히 어떤 영향을 미치는지에 대한 운동학적 이해가 부분적이었습니다.19세기 후반, 압력-구배력과 편향력의 대규모 상호작용이 결국 공기 질량을 이소바를 따라 움직이게 한다는 것이 ^[15]이해되었습니다.

공식

뉴턴 역학에서 관성 기준 프레임의 물체 운동 방정식은 다음과 같습니다.

${\displaystyle {\bold 기호 {F}}=m{\bold 기호 {a}}$

$여기$서 F ${\${\$boldsymbol {F}}$는 물체에 작용하는 물리력의 벡터 합이고, $m{\displaystyle }${\$displaystyle$ m$}$은 물체의 질량이며, ${\$은 관성 참조 프레임에 대한 물체의 가속도입니다.

회전 속도가 가변적인 각속도$\theta {\displaystyle \mathit{}}${\$displaystyle${\$boldsymbol${\$omega}}}$의 원점을 통해 고정축을 중심으로 회전하는 참조 프레임으로 이 수식을 변환하면 다음과 같은 ^[8][16]형태가 됩니다.

${\displaystyle {\display{aligned}{\bold 기호 {F'}&={\bold 기호 {F}}-m{\mathrm {d}{\bold 기호 {\omega}}}\t}\times {\bold 기호 {r'}-2m{\bold 기호 {\omega}}\times {\bold 기호 {v'}-m{\bold 기호 {\omega}}\times {{\bold 기호 {r'})\&=m{\bold 기호 {a'}\end{aligned}}\times {\bold 기호 {a'}}\times {end{bold 기호}}\times {\bold 기호 {a}}}$

어디에

• ${\displaystyle }$F ${\${\$boldsymbol {F}}$은(는) 개체에 작용하는 물리적 힘의 벡터 합입니다.
• ${\displaystyle }$◦$${\$displaystyle {\boldsymbol {\omega}}}$는 관성 프레임에 대한 회전 기준 프레임의 각속도입니다.
• ${\displaystyle {}^{}}$r${\displaystyle {\mathbf{\text{'}}}^{}}$ ${\${\$boldsymbol {r'}}$은(는) 회전 참조 프레임에 대한 개체의 위치 벡터입니다.
• ${\displaystyle {}^{}}$v${\displaystyle {\mathbf{\text{'}}}^{}}$ ${\${\$boldsymbol {v'}}$은(는) 회전하는 참조 프레임에 대한 개체의 속도입니다.
• $'$ {\$displaystyle {\boldsymbol {a'}}$은 ${\displaystyle {\mathit{회전}}^{}}$하는 참조 프레임에 대한 개체의 가속입니다.

회전 프레임에서 인식되는 가상의 힘은 실제 ^[17][18][19]외력과 마찬가지로 겉보기 가속도에 기여하는 추가적인 힘으로 작용합니다.방정식의 가상 힘 항은 왼쪽에서 ^[20]오른쪽으로 읽는 것입니다.

• 오일러 힘$,$ ${\displaystyle -m}$ d ω${\displaystyle \frac{}{}}$d ${\displaystyle t}$ × r${\displaystyle {\mathbf{\text{'}}}^{}}${\$displaystyle -m{\frac${\$mathrm {d}${\$bold$ 기호 {\$omega}}}{\mathrm {d}$ t$}}\times${\$bold$기호 {$r'}$
• 코리올리 힘$,$ ${\displaystyle \mathrm{-2m}}$(ω${\displaystyle }$× ${\displaystyle v\text{'})}${\$displaystyle -2m ({\bold$ 기호 {\$omega}}}\times${\$bold$기호 {$v'})}$
• 원심력$,$ ${\displaystyle \mathrm{-m}}$ω${\displaystyle }$× (ω${\displaystyle }$× ${\displaystyle r{\mathbf{}}^{}}$′${\displaystyle \text{'})}${\$displaystyle -m{\bold$ 기호 {\$omega}}}\times {\bold$ 기호 ${\omega}}\times${\$bold$기호 {$r'}$

이 공식에서 볼 수 있듯이 오일러와 원심력은 물체의 위치 $벡터{\displaystyle {\mathit{}}^{}}$ r$'$ {\$displaystyle${\$boldsymbol {r'}}$에 의존하며 코리올리 힘은 회전 기준 프레임에서 측정한 물체의 $속도{\displaystyle {\mathit{}}^{}}$ v$'$ {\$displaystyle${\$boldsymbol {v'}$에 의존합니다.예상한 바와 같이, 비이상적인 관성$$기준 프레임 ( ω${\displaystyle }$= 0$$) {\$displaystyle$({\$boldsymbol${\$omega$}}=$0)}$ 코리올리 힘과 다른 모든 가상의 힘이 사라집니다.

화관

코리올리스 힘은 두 벡터의 교차곱에 비례하므로 두 벡터 모두에 수직이며, 이 경우 물체의 속도와 프레임의 회전 벡터입니다.따라서 다음과 같습니다.

• 만약 속도가 회전축과 평행하다면, 코리올리 힘은 0입니다.예를 들어, 지구에서, 이러한 상황은 적도에 있는 물체가 지구의 표면에 대해 북쪽 또는 남쪽으로 이동하는 경우에 발생합니다.
• 속도가 축 안쪽으로 직선이면 코리올리스 힘은 국소 회전 방향입니다.예를 들어, 지구에서, 이러한 상황은 적도에서 아래로 떨어지는 물체에 대해 발생합니다. 위의 데찰레스 그림처럼, 낙하하는 공이 탑보다 동쪽으로 더 멀리 이동하는 것입니다.
• 속도가 축에서 바깥쪽으로 직선인 경우, 코리올리 힘은 국소 회전 방향에 반대됩니다.타워 예에서 위쪽으로 발사된 공은 서쪽으로 이동합니다.
• 속도가 회전 방향이면 코리올리 힘은 축에서 바깥쪽으로 향합니다.예를 들어, 지구에서는 적도에 있는 물체가 지구 표면에 대해 상대적으로 동쪽으로 이동할 때 이런 상황이 일어납니다.그것은 표면의 관찰자가 볼 때 위쪽으로 움직일 것입니다.이 효과는 1632년 갈릴레오 갈릴레이와 1651년 ^[22]리치올리에 의해 논의되었습니다.
• 속도가 회전 방향과 반대일 경우, 코리올리 힘은 축 안쪽으로 향합니다.예를 들어, 지구에서, 이러한 상황은 관측자가 볼 때 아래로 꺾이는 적도의 물체에 대해 발생합니다.

직관적 설명

코리올리 힘의 기원에 대한 직관적인 설명을 위해서는 지구 표면을 따라 북반구에서 북상하도록 제한된 물체를 생각해보세요.우주 공간에서 볼 때, 그 물체는 정북으로 가는 것처럼 보이지 않고, 동쪽으로 움직이고 있습니다(지구 표면과 함께 오른쪽으로 회전합니다).북쪽으로 더 이동할수록 "평행(위도)의 반지름"(표면점에서 회전축까지의 최소 거리, 축과 직교하는 평면에 있음)이 작아지기 때문에 표면의 동쪽 운동이 느려집니다.물체가 북위로 이동함에 따라 (지구 표면의 로컬 물체의 감소된 동진 속도와 일치하도록 속도를 늦추기 보다는) 시작한 동진 속도를 유지하는 경향이 있으므로 (즉,^[23][24] 초기 운동의 오른쪽으로) 동쪽으로 방향을 틀게 됩니다.

북상을 고려하는 이 예에서는 명확하지 않지만, 수평 편향은 동쪽 또는 서쪽(또는 다른 방향)^[25]으로 이동하는 물체에 대해 동일하게 발생합니다.그러나, 그 효과가 일반적인 크기의 가정용 욕조, 세면대 또는 변기에서 물이 빠져나가는 회전을 결정한다는 이론은 현대 과학자들에 의해 반복적으로 입증되었습니다; 회전에 대한 ^[26][27][28]다른 많은 영향에 비해 그 힘은 무시할 정도로 작습니다.

길이 척도와 로스비 수

시간, 공간, 속도 척도는 코리올리 힘의 중요성을 결정하는 데 중요합니다.시스템에서 회전이 중요한지 여부는 코리올리 $매개변수$의 곱에 대한 시스템의 속도 U의 비율인 로스비 수 f$$= ${\displaystyle 2}$φ $sin$ω {\$displaystyle$f = 2\$omega$ \sin \varphi $\backslash ,\}$와 움직임의 길이 척도 L에 의해 결정됩니다.

${\displaystyle Ro={\frac {U}{fL}}}$

따라서 코리올리스 힘에 대한 관성의 비율입니다. 작은 로스비 수치는 계가 코리올리스 힘의 영향을 강하게 받는다는 것을 나타내고, 큰 로스비 수치는 관성력이 지배하는 계를 나타냅니다.예를 들어, 토네이도의 경우 로스비 수가 크기 때문에 코리올리 힘은 무시할 수 있고 압력과 원심력 사이에 균형이 있습니다.저압 시스템에서는 원심력이 무시할 수 있기 때문에 로스비 수가 낮습니다. 거기서 코리올리스와 압력력 사이에 균형이 있습니다.해양계에서 로스비 수는 종종 1 정도이며, 세 가지 힘은 모두 ^[29]유사합니다.

L = 1,000 km(621 mi)의 공간 거리를 차지하며 U = 10 m/s(22 mph)로 움직이는 대기계의 로스비 수는 약 0.1입니다.

야구 투수는 공을 U = 45 m/s(100 mph)에서 L = 18.3 m(60 ft)의 거리로 던질 수 있습니다.이 경우 로스비 수는 32,000(위도 31°47'46.382")^{[citation needed]}이 됩니다.

야구 선수들은 그들이 어느 반구에서 경기를 하는지에 대해 신경 쓰지 않습니다.하지만, 유도되지 않은 미사일은 야구공과 정확히 같은 물리학을 따르지만, 충분히 멀리 이동할 수 있고 코리올리 힘의 효과를 경험할 수 있을 만큼 충분히 오랫동안 공중에 있을 수 있습니다.북반구의 장거리 포탄들은 이것이 주목되기 전까지 조준된 곳인 오른쪽 부근에 떨어졌습니다.(남반구에서 발사된 것들은 왼쪽으로 떨어졌습니다.)사실 코리올리스 ^[30][31][32]자신이 처음으로 주목을 받게 된 것은 이런 효과였습니다.

단순사례

회전하는 회전목마에 던져진 공

그림은 12시부터 반시계 방향으로 회전하는 회전목마의 중심을 향해 던지는 공을 보여줍니다.왼쪽에 보면 회전목마 위에 정지해 있는 관찰자가 볼 수 있고, 회전목마는 회전목마와 반시계 방향으로 회전하는 동안 중앙으로 직선으로 공이 이동합니다.오른쪽에는 회전목마와 함께 회전하는 관찰자가 볼 수 있기 때문에 공을 던지는 사람은 12시에 머무는 것으로 보입니다.그림은 회전하는 관찰자가 볼 수 있는 공의 궤적을 어떻게 ^{[citation needed]}구성할 수 있는지를 보여줍니다.

왼쪽에는 두 개의 화살표가 공을 던지는 사람의 상대적인 위치를 가리킵니다.이 화살표들 중 하나는 던지는 사람에서 회전목마의 중심으로, 다른 하나는 회전목마의 중심에서 공으로 향하는 점입니다. (이 화살표는 공이 중심에 가까워질수록 짧아집니다.)두 화살표의 이동된 버전이 ^{[citation needed]}점선으로 표시됩니다.

오른쪽에 같은 점선 화살표 쌍이 표시되어 있지만, 지금은 이 쌍이 단단하게 회전하여 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전식 회전쌍의 다른 화살표는 회전하는 관찰자가 볼 수 있는 위치를 제공하면서 회전 벨트의 중앙에 공을 위치시킵니다.이 절차를 여러 위치에 따라 오른쪽 ^{[citation needed]}패널의 곡선 경로와 같이 회전하는 기준 프레임의 궤적이 설정됩니다.

그 공은 공중에서 이동하고, 그 위에 순력이 작용하지 않습니다.정지된 관찰자에게는 공이 직선 경로를 따라가기 때문에 이 궤적을 그물 힘 0으로 제곱하는 데 문제가 없습니다.그러나 회전하는 관찰자는 곡선의 길을 봅니다.운동학은 이러한 곡률을 유발하기 위해서는 (반시계 방향 회전을 위해 순간 이동 방향의 오른쪽으로 밀리는) 힘이 존재해야 한다고 주장합니다. 따라서 회전하는 관찰자는 원심력과 코리올리스력의 조합을 호출하여 곡선 ^{[citation needed]}궤적을 일으키는 데 필요한 알짜 힘을 제공해야 합니다.

튕긴 공

그림은 턴테이블 위에 던져진 공이 회전목마의 가장자리에서 튕겨져 나온 다음 공을 잡은 토서에게 돌아오는 좀 더 복잡한 상황을 묘사합니다.코리올리 힘이 궤도에 미치는 영향은 회전목마와 함께 회전하는 관찰자(카메라라고 함)와 관성 관찰자 두 명에 의해 다시 나타납니다.그림은 전진 경로와 복귀 경로에서 동일한 구속을 기준으로 조감도를 보여줍니다.각 원 내에서 표시된 점은 동일한 시점을 나타냅니다.왼쪽 패널에서 회전 중심의 카메라의 관점에서 보면, 토서(미소면)와 레일은 모두 고정된 위치에 있고, 공은 레일을 향해 이동할 때 매우 큰 호를 만들고, 돌아오는 길에 더 직접적인 경로를 취합니다.볼 토서 입장에서는 (토서가 돌아오는 ^{[citation needed]}비행기에서 볼을 향해 회전하고 있기 때문에) 볼이 원래보다 더 빨리 돌아오는 것 같습니다.

회전목마 위에서 토서는 레일에 공을 똑바로 던져 뒤로 튕겨내는 대신 목표물의 오른쪽으로 공을 던져야 하며 카메라는 이동 방향의 왼쪽으로 계속 공을 넘겨 레일에 부딪혀야 합니다(회전목마가 시계방향으로 회전하기 때문에 왼쪽).공은 안쪽과 돌아오는 궤적 모두에서 이동 방향에서 왼쪽으로 기울어지는 것처럼 보입니다.곡선 경로는 이 관측자에게 공에 대한 왼쪽으로의 그물 힘을 인식하도록 요구합니다. (이 힘은 정지한 관측자에게는 사라지기 때문에 "가짜"입니다.)일부 발사 각도에서 경로는 궤적이 대략 반경 방향인 부분이 있으며, 코리올리 힘은 주로 공의 겉보기 편향을 담당합니다(중심 힘은 회전 중심에서 반경 방향이며, 이러한 세그먼트에서 거의 편향되지 않습니다).그러나 경로가 반경에서 멀어질 때 원심력은 ^{[citation needed]}편향에 크게 기여합니다.

그라운드(오른쪽 패널)에 서 있는 관찰자가 볼 때 공이 공기를 통과하는 경로는 직선입니다.오른쪽 패널(정지 관찰자)에서 볼 토서(스마일 페이스)는 12시이고 볼이 튕겨 나오는 레일은 1번 위치에 있습니다.관성 시청자 입장에서는 1, 2, 3번 위치가 순차적으로 차지합니다.2번 위치에서는 공이 레일에 부딪히고 3번 위치에서는 공이 토서로 돌아갑니다.공이 자유 비행 중이기 때문에 직선 경로를 따르므로 이 관찰자는 알짜 힘이 가해지지 않아야 합니다.

지구에 적용됨

지구 표면을 미끄러지는 공기의 운동에 영향을 미치는 가속도는 코리올리스 용어의 수평 성분입니다.

${\displaystyle -2\,{\bolds 기호 {\omega \times v}}$

이 성분은 지표면의 속도와 직교하며 다음 식에 의해 주어집니다.

${\displaystyle \omega \,v\2\,\sin \phi }$

어디에

• ${\displaystyle }$◦${\displaystyle$ \omega$}$는 ${\displaystyle \mathrm{지구}}$의 회전 속도입니다.
• ${\displaystyle }$◦${\displaystyle$ \$phi$}은$$(는) 위도이며, 북반구는 양수, 남반구는 음수입니다.

위도가 양수인 북반구에서 위에서 볼 때 이 가속도는 운동 방향의 오른쪽에 있습니다.반대로 남반구에서는 왼쪽에 있습니다.

회전구

남북축을 중심으로 회전하는 구에 위도 θ가 있는 위치를 생각해 보십시오.로컬 좌표계는 x 축을 수평으로 동쪽으로, y 축을 수평으로 북쪽으로, z 축을 수직으로 위쪽으로 설정합니다.이 국소 좌표계에서 표현되는 회전 벡터, 이동 속도 및 코리올리 가속도는 다음과 같습니다(^[33]동쪽 (e), 북쪽 (n), 위쪽 (u) 순서로 성분을 나열함).

${\displaystyle {\bold 기호 {\Omega}}=\omega {\bold{pmatrix}0\\cos \varphi \\\sin \varphi \end{pmatrix}}\, ,}$ ${\displaystyle {\boldsymbol {v}}={\display{pmatrix}v_{e}\v_{n}\v_{u}\end{pmatrix}\,}$

${\displaystyle {\bold 기호 {a}}_{C}=-2{\bold 기호 {\Omega \times v}}=2\,\omega \,{\bold{pmatrix}v_{n}\sin \varphi -v_{u}\cos \v_{e}\cos \varphi \end{pmatrix}\.$

대기 또는 해양 역학을 고려할 때 수직 속도는 작고, 코리올리 가속도의 수직 ${\displaystyle {}_{}}$($≥$ {\$displaystyle v_{e}\cos$ \varphi$$})은 중력에 의한 가속도(g, 지구 표면 근처의 약 9.81m/s²(32.2ft/s²)에 비해 작습니다.이러한 경우 수평(동쪽 및 북쪽) 성분만 ^{[citation needed]}중요합니다.수평면에 대한 위의 제한은 (v = 0 설정):

${\displaystyle {\boldsymbol {v}}={\display{pmatrix}v_{e}\v_{n}\end{pmatrix}\,}$ ${\displaystyle {\boldsymbol {a}_{c}={\display{pmatrix}v_{n}\-v_{e}\end{pmatrix}}\f\,}$

$여기$서 f = ${\displaystyle 2}$ ω sin ⁡ ${\displaystyle$ f = $2\omega$ \$sin \varphi \,}$를 코리올리 매개변수라고 합니다.

v = 0을 설정하면 (양의 φ 및 ω의 경우) due east가 due east로 나타나는 것을 즉시 알 수 있습니다. 마찬가지로 v = 0을 설정하면 due east가 due east로 나타나는 것을 알 수 있습니다.일반적으로 수평으로 관찰할 때, 가속도를 유발하는 움직임의 방향을 따라 보면, 가속도는 수평 ^{[citation needed]}방향에 관계없이 항상 오른쪽으로 90°씩 회전합니다(양의 θ의 경우).

다른 경우로 적도 운동 설정 θ = 0°를 고려합니다.이 경우 Δ는 북쪽 또는 n축과 평행하며 다음과 같습니다.^{[citation needed]}

${\displaystyle {\bold 기호 {\Omega}}=\omega {\bold{pmatrix}0\1\0\end{pmatrix}\,}$ ${\displaystyle {\boldsymbol {v}}={\display{pmatrix}v_{e}\v_{n}\v_{u}\end{pmatrix}\,}$ ${\displaystyle {\bold 기호 {a}_{C}=-2{\bold 기호 {\Omega \times v}}=2\,\omega \,{\bold{pmatrix}-v_{u}\0\v_{e}\end{pmatrix}\.}$

따라서 동진 운동(즉, 구의 회전과 같은 방향)은 외트뵈스 효과로 알려진 상향 가속도를 제공하고, 상향 운동은 서쪽 ^{[citation needed]}방향으로 가속도를 생성합니다.

기상해양학

아마도 코리올리 효과의 가장 중요한 영향은 해양과 대기의 대규모 역학 관계에 있을 것입니다.기상학과 해양학에서는 지구가 정지해 있는 상태에서 회전하는 기준 틀을 가정하는 것이 편리합니다.그 잠정적인 가정을 수용하기 위해 원심력과 코리올리력이 도입됩니다.상대적 중요도는 해당 로스비 숫자에 의해 결정됩니다.토네이도는 로스비 수치가 높기 때문에 토네이도와 관련된 원심력은 상당히 큰 반면, 토네이도와 관련된 코리올리 힘은 실질적인 목적으로는 무시할 ^[34]수 있습니다.

수면 해류는 수면 위로 바람의 이동에 의해 구동되기 때문에, 코리올리 힘은 해류와 사이클론의 이동에도 영향을 미칩니다.바다에서 가장 큰 많은 해류들이 자이르라고 불리는 따뜻하고 고압적인 지역을 중심으로 순환합니다.공기 중의 순환만큼 중요하지는 않지만, 코리올리 효과에 의해 발생하는 편향이 이러한 회오리에서 나선형 패턴을 만드는 것입니다.소용돌이치는 바람 패턴은 허리케인이 형성되는 것을 돕습니다.코리올리 효과의 힘이 강할수록 바람이 빠르게 회전하며 추가적인 에너지를 흡수해 ^{[35][better source needed]}허리케인의 강도를 높여줍니다.

고압 시스템 내의 공기는 코리올리스 힘이 반경 방향으로 안쪽으로 향하도록 회전하고, 바깥쪽 방향 압력 구배에 의해 거의 균형을 이루게 됩니다.그 결과, 공기는 북반구의 고기압을 중심으로 시계방향으로 이동하고, 남반구는 시계 반대 방향으로 이동합니다.낮은 압력 주위의 공기는 반대 방향으로 회전하여 코리올리 힘은 반경 방향 바깥쪽으로 향하고 안쪽으로 반경 방향 압력 구배의 ^{[36][better source needed]}균형을 거의 잡습니다.

저압부를 중심으로 유동

대기 중에 저압 영역이 형성되면 공기는 대기 쪽으로 유입되는 경향이 있지만 코리올리 힘에 의해 속도에 수직으로 편향됩니다.평형 체계는 원형 운동, 즉 순환 흐름을 만드는 것을 확립할 수 있습니다.로스비 수가 낮기 때문에, 힘의 균형은 주로 저압 영역을 향해 작용하는 압력 구배력과 저압의 중심에서 멀리 작용하는 코리올리 힘 사이에 있습니다.

대기와 해양에서 대규모 운동은 압력 구배에 수직으로 흐르는 대신에 발생하는 경향이 있습니다.이것은 지질학적 ^[37]흐름으로 알려져 있습니다.회전하지 않는 행성에서는 유체가 가능한 한 가장 직선을 따라 흐르며 압력 구배를 빠르게 제거합니다.따라서 지구위축적 균형은 "관성 운동"의 경우(아래 참조)와 매우 다르며, 이는 중위도 사이클론이 ^{[citation needed]}관성 원 흐름보다 크기가 10배 큰 이유를 설명합니다.

이러한 편향의 패턴, 그리고 움직임의 방향을 Buy-Ballot의 법칙이라고 부릅니다.대기 중에서, 흐름의 패턴은 사이클론이라고 불립니다.북반구에서 저기압 영역을 중심으로 이동하는 방향은 시계 반대 방향입니다.남반구에서는 회전 동역학이 ^[38]거울상이기 때문에 이동 방향이 시계 방향입니다.높은 고도에서는 바깥쪽으로 퍼져 나가는 공기가 반대 ^{[citation needed][39][full citation needed]}방향으로 회전합니다.이 ^[40]지역에 존재하는 약한 코리올리 효과 때문에 적도를 따라 사이클론이 거의 형성되지 않습니다.

관성원

$속도{\displaystyle }$ v {\$displaystyle$ v$\,}$로 움직이는 공기 또는 물 덩어리는 오직 코리올리스 힘의 영향을 받는 관성 원이라고 불리는 원형 궤도를 따라 이동합니다.힘은 입자의 움직임에 대해 직각으로 향하기 때문에 $반지름{\displaystyle }$ R ${\displaystyle$ R$}$이(가) 주어진 원 주위에서 일정한 속도로 움직입니다.

${\displaystyle R= {\frac {v}{f}}$

$여기$서 f$${\$displaystyle$ f$}$는 위에서 소개된$$⁡ {\$displaystyle$ 2$\Omega \sin \varphi$ $\}$의 코리올리 $매개$ 변수 ${\displaystyle \mathrm{2}}$ ω입니다(여기서 φ ${\displaystyle \varphi }$는 위도입니다).$따라서$ 질량이 완전한 원을 완성하는 데 걸리는 시간은 2${\displaystyle }$π / ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle$ 2$\pi$/f$\}$입니다. 코리올리 매개변수의 중위도 값은 일반적으로 약 10초입니다. 따라서 일반적인 대기 속도가 10 m/s(22 mph)일 경우 반지름은 100 km(62 mi)이고 약 17시간입니다.일반적인 속도가 10cm/s(0.22mph)인 해류의 경우 관성 원의 반지름은 1km(0.6mi)입니다.이러한 관성 원은 북반구에서는 시계 방향으로, 남반구에서는 반시계 방향으로 기울어져 있습니다.

회전 시스템이 포물선 턴테이블인 $경우{\displaystyle }$f {\$displaystyle$ f$}$는 일정하고 궤적은 정확한 원입니다.회전하는 행성에서 f ${\displaystyle$ f$}$는 위도에 따라 변하며 입자의 경로는 정확한 원을 형성하지 않습니다.$매개{\displaystyle }$ 변수 f ${\displaystyle$ f$}$는 위도의 사인으로 달라지므로 지정된 속도와 관련된 진동의 반지름은 극(위도 ±90°)에서 가장 작고 ^[41]적도로 갈수록 커집니다.

기타 지상파 영향

코리올리 효과는 대규모 해양 및 대기 순환에 큰 영향을 미쳐 제트 기류 및 서쪽 경계 해류와 같은 강력한 특징을 형성합니다.이와 같은 특징은 지형학적 균형에 있으며, 이는 코리올리스와 압력 구배력이 서로 균형을 이루고 있음을 의미합니다.코리올리스 가속은 또한 로스비파와 켈빈파를 포함한 해양과 대기에서 많은 종류의 파동이 전파되는 원인이기도 합니다.그것은 또한 소위 에크만의 바다에서의 역학과 스베르드럽 균형이라고 불리는 대규모의 바다 흐름 패턴의 수립에 중요한 역할을 합니다.

외트뵈스 효과

'코리올리 효과'의 실질적인 효과는 주로 수평운동에 의해 발생하는 수평가속도 성분에 의해 발생합니다.

코리올리 효과에는 다른 요소들이 있습니다.서쪽으로 이동하는 물체는 아래로, 동쪽으로 이동하는 물체는 위로 ^[42]편향됩니다.이를 외트뵈스 효과라고 합니다.코리올리 효과의 이러한 측면은 적도 부근에서 가장 큽니다.외트뵈스 효과에 의해 생성되는 힘은 수평 성분과 유사하지만 중력과 압력에 의해 훨씬 더 큰 수직력은 유체 정역학적 평형에서 중요하지 않다는 것을 암시합니다.그러나 대기 중에서 바람은 유체 정역학적 평형으로부터 압력의 작은 편차와 관련이 있습니다.열대 대기에서 압력 편차의 크기 순서가 너무 작아서 압력 편차에 대한 외트뵈스 효과의 기여가 ^[43]상당합니다.

또한 위쪽(즉, 바깥쪽) 또는 아래쪽(즉, 안쪽)으로 이동하는 물체는 각각 서쪽 또는 동쪽으로 편향됩니다.이 효과는 적도 부근에서도 가장 큽니다.수직 이동은 일반적으로 제한된 범위와 지속 시간을 가지므로 효과의 크기가 더 작고 감지하기 위해 정밀한 계측기가 필요합니다.예를 들어, 이상적인 수치 모델링 연구에 따르면,^[44][45] 이 효과는 대기 중에서 장기간(2주 이상) 가열 또는 냉각 시 열대성 대규모 바람장에 약 10%의 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.게다가 우주선이 궤도로 발사되는 것과 같이 운동량이 크게 변화하는 경우에는 그 효과가 매우 커집니다.가장 빠르고 연료 효율적인 궤도 진입 경로는 적도에서 바로 동쪽으로 향하는 방향으로 선회하는 발사입니다.

직관적인

적도를 따라 마찰이 없는 철도선을 통과하는 기차를 상상해 보세요.이동 중인 경우 하루(465m/^[46]s)에 세계 일주를 완료하기 위해 필요한 속도로 이동한다고 가정합니다.코리올리 효과는 열차가 서쪽으로 이동할 때, 정지할 때, 동쪽으로 이동할 때 세 가지 경우로 생각할 수 있습니다.각각의 경우 코리올리 효과는 먼저 지구의 회전하는 기준 프레임에서 계산할 수 있으며, 그 다음 고정된 관성 프레임과 비교하여 확인할 수 있습니다.아래 그림은 지구의 회전축을 따라 북극 위의 고정된 지점에서 정지해 있는 관측자가 본 세 가지 경우를 나타낸 것입니다. 열차는 가장 왼쪽 사진에서 왼쪽에 고정된 몇 개의 빨간색 픽셀로 표시됩니다.다른$$부분으로 이동(${\displaystyle \text{1일}}$ = ∧ ${\displaystyle \text{8초})}$ :$${\$displaystyle \left(1{\text{day}})\mathrel${\$overset${\$land$}{=}} $8{\text{s}\right):$$}$

1. 열차는 서쪽으로 이동합니다.그런 경우에는 회전 방향과 반대로 움직입니다.따라서 지구의 회전틀에서 코리올리 항은 회전축(아래)을 향해 안쪽으로 향합니다.이 추가적인 아래쪽 힘은 열차가 그 방향으로 이동하는 동안 더 무거워지게 할 것입니다.
   만약 누군가가 지구의 중심 위에 고정된 회전하지 않는 틀에서 이 기차를 본다면, 그 속도로 지구가 그 아래에서 회전할 때 그것은 정지한 채로 남아있습니다.따라서, 그 위에 작용하는 유일한 힘은 중력과 트랙으로부터의 반응입니다.이 힘은 정지 상태에서 승객과 열차가 경험하는 힘(지구와 함께 회전)보다 0.34%^[46] 더 큽니다.이 차이는 기준 회전틀에서 코리올리 효과가 설명하는 것입니다.
2. 열차가 멈춰 섭니다.지구 회전 프레임의 관점에서 보면, 열차의 속도는 0이고, 따라서 코리올리 힘 또한 0이고 열차와 승객들은 평소의 무게를 회복합니다.
   지구 위의 고정된 관성 기준 프레임에서 기차는 이제 지구의 나머지 부분과 함께 회전합니다. 중력의 0.34%는 기준 프레임에서 원운동을 하는 데 필요한 구심력을 제공합니다.체중계로 측정한 나머지 힘은 열차와 승객을 이전의 경우보다 더 가볍게 만듭니다.
3. 기차는 동쪽으로 갑니다.이 때, 코리올리 항은 지구의 회전 프레임 방향으로 이동하기 때문에, 회전축(위)으로부터 바깥쪽으로 향합니다.이 상승력은 열차가 정지해 있을 때보다 더 가벼워 보입니다.

   

   지구 위의 고정된 관성 기준 프레임에서 동쪽으로 이동하는 기차는 정지 상태일 때보다 두 배의 속도로 회전합니다. 따라서 원형 경로를 발생시키는 데 필요한 구심력의 양이 증가하여 중력이 선로에 작용하는 힘이 줄어듭니다.코리올리 용어가 앞 단락에서 설명하는 것은 이것입니다.
   마지막 점검으로 참조 프레임이 열차와 함께 회전하는 것을 상상할 수 있습니다.그러한 프레임은 지구의 회전 프레임에 비해 각속도의 두 배로 회전하게 됩니다.가상 프레임에 대한 결과적인 원심력 성분이 더 클 것입니다.열차와 승객이 정지해 있기 때문에, 열차와 승객이 이전의 두 경우보다 가벼운 이유를 다시 설명해 주는 프레임의 유일한 구성 요소가 될 것입니다.

이것은 또한 서쪽으로 이동하는 고속 발사체가 아래로 편향되고, 동쪽으로 이동하는 발사체가 위로 편향되는 이유를 설명합니다.코리올리스 효과의 이 수직 성분을 외트뵈스 ^[47]효과라고 합니다.

위의 예는 물체의 접선 속도가 지구의 자전 속도(465 m/s) 이상으로 증가하면서 서쪽으로 이동할 때 외트뵈스 효과가 감소하기 시작하는 이유를 설명하는 데 사용될 수 있습니다.위의 예에서 서쪽 열차가 속도를 증가시킨다면, 궤도를 밀어내는 중력의 일부는 관성 프레임에서 원운동을 유지하는 데 필요한 구심력을 설명합니다.열차가 930 m/s(2,100 mph)의 서쪽 속도를 두 배로 증가시키면 구심력은 열차가 정차할 때 경험하는 힘과 같아집니다.관성 프레임에서 두 경우 모두 동일한 속도로 회전하지만 반대 방향으로 회전합니다.따라서 힘은 외트뵈스 효과를 완전히 제거하는 것과 같습니다.930 m/s(2,100 mph) 이상의 속도로 서쪽으로 이동하는 물체는 대신 상승력을 경험합니다.그림에서, 상이한 속도로 열차에 있는 10 킬로그램(22 lb) 물체에 대한 외트뵈스 효과를 보여줍니다.포물선 모양은 구심력이 접선 속도의 제곱에 비례하기 때문입니다.관성 프레임에서 포물선의 하단은 원점에서 중심을 맞춥니다.오프셋은 이 인수가 지구의 회전 기준 프레임을 사용하기 때문입니다.그래프는 외트뵈스 효과가 대칭적이지 않으며, 고속으로 서쪽으로 이동하는 물체가 동일한 속도로 동쪽으로 이동할 때 경험하는 결과적인 하강력은 결과적인 상승력보다 작음을 보여줍니다.

욕조 및 화장실에서의 배수

일반적인 오해와는 달리, 북반구와 남반구에서는 욕조, 화장실, 그리고 다른 물받이 통들이 반대 방향으로 배수되지 않습니다.이 정도 규모라면 ^{[27][48][49][50]}코리올리 병력의 규모는 무시할 수 있기 때문입니다.물의 초기 조건에 의해 결정되는 힘(예: 배수구의 기하학적 구조, 리셉터클의 기하학적 구조, 물의 기존 운동량 등)은 코리올리스 힘보다 큰 크기의 차수일 가능성이 있으므로 물의 회전 방향이 결정됩니다.예를 들어, 양쪽 반구에서 물을 적신 동일한 변기는 같은 방향으로 배수되며, 이 방향은 대부분 변기의 모양에 따라 결정됩니다.

실제 상황에서 코리올리 힘은 물의 흐름 방향에 눈에 띄게 영향을 미치지 않습니다.물이 너무 고요해서 지구의 유효 회전 속도가 용기에 비해 물의 속도보다 빠르고, 외부에서 인가되는 토크(예를 들어 평평하지 않은 바닥면을 흐르는 흐름에 의해 발생할 수 있는)가 충분히 작다면 코리올리 효과는 실제로 소용돌이의 방향을 결정할 수 있습니다.이러한 세심한 준비가 없다면, 코리올리 효과는 물의^[52] 잔류 회전 및 ^[53]용기의 기하학적 구조와 같은 배수^[51] 방향에 미치는 다양한 다른 영향보다 훨씬 적을 것입니다.

비정상적인 조건에서 배수를 위한 실험실 시험

1962년, 애셔 샤피로는 MIT에서 코리올리 힘을 실험하여 가로 2미터, 세로 6피트 7인치의 거대한 물 분지에서 회전 방향을 보여주고 물이 가라앉을 때까지 최소 24시간 동안 기다리는 실험을 수행했습니다.이러한 정밀한 실험실 조건에서 그는 효과와 일관된 반시계 방향 회전을 증명했습니다.코리올리 효과로 인한 가속도가 중력의 3${\displaystyle \times {10}^{}}$- 7$${\$displaystyle$ 3$\times$ 10$^{-7}$에 $불과하기{\displaystyle \mathrm{}}$ 때문에 실험은 극도의 정밀도를 필요로 했습니다.그 소용돌이는 배수구 위에 고정된 두 개의 은으로 만들어진 십자가에 의해 측정되었습니다.물을 빼는 데는 20분이 걸리고, 십자가는 15분 정도만 돌기 시작합니다.마지막에는 3~4초마다 1회전으로 회전합니다.

그는 보고 했습니다.^[54]

두 학파 모두 어떤 의미에서는 옳습니다.주방 싱크대와 욕조 종류의 일상적인 관찰을 위해, 소용돌이의 방향은 날짜와 시간, 그리고 실험자의 특정한 가정에 따라 예측할 수 없는 방식으로 변화하는 것처럼 보입니다.그러나 실험 조건이 잘 통제된 상태에서, 북반구의 배수구를 아래쪽으로 내려다보는 관찰자는 항상 시계 반대 방향의 소용돌이를 보게 될 것이고, 남반구의 배수구는 항상 시계 방향의 소용돌이를 보게 될 것입니다.적절하게 설계된 실험에서, 소용돌이는 북반구에서 반시계 방향인 코리올리스 힘에 의해 생성됩니다.

그리고 나서 로이드 트레페트는 시드니 대학의 남반구에서 시계 방향으로 회전하는 것을 보고했는데, 정착 시간이 18시간 ^[55]이상이었습니다.

탄도 궤적

코리올리 병력은 장거리 포탄의 궤적을 계산하는 외부 탄도학에서 중요합니다.가장 유명한 역사적인 예는 1차 세계대전 동안 독일인들이 약 120km (75마일) 범위에서 파리를 폭격하기 위해 사용했던 파리 총이었습니다.코리올리 힘은 총알의 궤적을 미세하게 변화시켜 매우 먼 거리에서 정확도에 영향을 미칩니다.저격수와 같은 정확한 장거리 사격수에 의해 조정됩니다.캘리포니아주 새크라멘토의 위도에서 북상한 1,000 야드(910 m)의 샷은 오른쪽으로 2.8 인치(71 mm) 방향으로 꺾일 것입니다.또한 위의 외트뵈스 효과 섹션에서 설명한 수직 성분이 있는데, 이는 서쪽 샷이 낮게, 동쪽 샷이 ^[56][57]높게 나오게 합니다.

탄도 궤적에 대한 코리올리 힘의 영향은 Mercator 투영과 같은 2차원(평평한) 지도에 경로가 표시될 때 미사일, 위성 및 유사한 물체의 경로의 곡률과 혼동되어서는 안 됩니다.지구의 3차원 곡면을 2차원 곡면(지도)에 투영하면 반드시 왜곡된 형상이 나타납니다.경로의 겉보기 곡률은 지구의 구형성의 결과이며 회전하지 않는 ^[58]프레임에서도 발생합니다.

움직이는 발사체에 작용하는 코리올리 힘은 위도 및 방위각 세 방향 모두의 속도 성분에 따라 달라집니다.방향은 일반적으로 다운 레인지(총이 처음에 겨누고 있는 방향), 수직 및 크로스 ^{[59]: 178} 레인지입니다.

${\displaystyle A_{\mathrm {X} =-2\omega (V_{\mathrm {Y} }\cos \theta _{\mathrm {lat} }\sin \phi _{\mathrm {az} } + V_{\mathrm {Z} }\sin \theta _{\mathrm {lat} }$

${\displaystyle A_{\mathrm {Y} = 2\omega (V_{\mathrm {X} }\cos \theta _{\mathrm {lat} }\sin \phi _{\mathrm {az} } + V_{\mathrm {Z} }\cos \theta _{\mathrm {lat} }$

${\displaystyle A_{\mathrm {Z} = 2\omega (V_{\mathrm {X} }\sin \theta _{\mathrm {lat} }-V_{\mathrm {Y} }\cos \theta _{\mathrm {lat} }\cos \phi _{\mathrm {az} })$

어디에

• ${\displaystyle {X\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 다운 레인지 가속.
• ${\displaystyle {Y\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 가속도가 위쪽임을 나타내는 양의 수직 가속도입니다.
• ${\displaystyle {Z\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 오른쪽에 가속도를 나타내는 양의 범위에서 교차 가속도가 ${\displaystyle {\mathrm{있습니다}}_{}}$.
• ${\displaystyle {VX\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 다운 레인지 ${\displaystyle {\mathrm{속도}}_{}}$입니다.
• ${\displaystyle {VY\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 위를 가리키는 양의 수직 ${\displaystyle {\mathrm{속도}}_{}}$입니다.
• ${\displaystyle {VZ\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 오른쪽에 속도를 나타내는 양의 범위 간 ${\displaystyle {\mathrm{속도}}_{}}$입니다.
• ${\displaystyle }$◦${\displaystyle$ \ome${\displaystyle g}$a$}$ = 0.00007292 rad/sec, 지구의 각속도(${\displaystyle \mathrm{측면}}$ 실측일 기준).
• ${\displaystyle {}_{}}$◦ $lat {\$displaystyle \$theta$ _${\mathrm${lat$\}\}\},$ ${\displaystyle {\mathrm{북반구}}_{}}$를 나타내는 양의 위도.
• ${\displaystyle {}_{}}$◦ ${\displaystyle {\mathrm{z}}_{}}$ ${\displaystyle$ \$phi$ _${\mathrm {az$ 방위각은 정북에서 시계 방향으로 ${\displaystyle {\mathrm{측정}}_{}}$됩니다.

코리올리 효과의 시각화

코리올리 효과를 입증하기 위해 포물선 턴테이블을 사용할 수 있습니다.평평한 턴테이블에서는 공회전하는 물체의 관성이 물체를 가장자리에서 밀어냅니다.그러나 턴테이블 표면이 정확한 포물선(포물선 보울) 모양을 하고 있고(그림 참조), 해당 속도로 회전하는 경우,그림에 표시된 힘 성분은 물체가 속도와 곡률 반경으로 회전하는 데 필요한 구심력과 정확히 동일하게 볼 표면에 접선하는 중력 성분을 만듭니다(마찰은 없음).(뱅크 턴 참조).이 조심스럽게 배치된 표면을 통해 코리올리 힘을 ^[60][61]분리하여 표시할 수 있습니다.

드라이 아이스의 원통에서 잘라낸 디스크는 퍽으로 사용될 수 있으며, 포물선 턴테이블의 표면 위에서 거의 마찰 없이 돌아다니며 코리올리가 동적 현상에 미치는 영향이 자신을 나타낼 수 있습니다.턴테이블과 함께 회전하는 기준 프레임에서 볼 수 있는 동작을 보기 위해 턴테이블에 비디오 카메라를 부착하여 턴테이블과 함께 회전하며 결과는 그림과 같습니다.정지된 관찰자의 시점인 그림의 왼쪽 패널에서, 물체를 접시의 중심(아래)으로 끌어당기는 관성 프레임의 중력은 물체의 중심으로부터의 거리에 비례합니다.이 형태의 구심력은 타원 운동을 일으킵니다.회전 프레임의 시점을 나타내는 오른쪽 패널에서 회전 프레임 내의 내측 중력(관성 프레임 내와 동일한 힘)은 외측 원심력(회전 프레임 내에만 존재)과 균형을 이룹니다.이 두 힘이 균형을 이루면 회전 프레임에서 유일한 불균형 힘은 코리올리스(또한 회전 프레임에만 있음)이고 운동은 관성 원입니다.회전 프레임의 원운동에 대한 분석 및 관찰은 관성 프레임의 타원운동에 대한 분석 및 관찰에 비해 단순화된 것입니다.

이 기준틀은 지구처럼 하루에 한 번만 회전하는 것이 아니라 1분에 몇 번 회전하기 때문에 생기는 코리올리스 가속도는 지구의 자전에 의한 코리올리스 가속도보다 몇 배나 크고 작은 시간과 공간적 규모로 관찰하기 쉽습니다.

어떤 면에서 지구는 그러한 ^[62]턴테이블과 유사합니다.회전으로 인해 행성은 회전력, 중력, 원심력이 정확히 "수평"면에서 서로 균형을 이루게 되는 구형에 안착하게 되었습니다.(적도 팽대부 참조).

지구의 자전에 의한 코리올리 효과는 푸코 진자의 운동을 통해 간접적으로 알 수 있습니다.

다른 부위의 코리올리스 효과

코리올리 유량계

코리올리 효과의 실용적인 응용은 튜브를 흐르는 유체의 질량 유량과 밀도를 측정하는 도구인 질량 유량계입니다.작동 원리는 유체가 통과하는 튜브의 진동을 유도하는 것입니다.진동은 완전히 원형은 아니지만 코리올리 효과를 발생시키는 회전 기준 프레임을 제공합니다.유량계의 설계에 따라 구체적인 방법은 다르지만, 센서는 진동하는 유량관의 주파수, 위상 이동, 진폭의 변화를 모니터링하고 분석합니다.관찰된 변화는 ^[63]유체의 질량 유량과 밀도를 나타냅니다.

분자물리학

다원자 분자에서, 분자 운동은 그들의 평형 위치에 대한 원자들의 단단한 회전과 내부 진동에 의해 설명될 수 있습니다.원자들의 진동의 결과로, 원자들은 분자의 회전 좌표계에 상대적으로 움직이고 있습니다.따라서 코리올리 효과가 나타나고 원자가 원래 진동과 수직인 방향으로 움직이게 됩니다.이로 인해 회전 레벨과 진동 레벨 사이의 분자 스펙트럼이 혼합되어 코리올리스 결합 상수가 ^[64]결정될 수 있습니다.

자이로스코프 세차운동

이 절에서는 출처를 언급하지 않습니다. 신뢰할 수 있는 자료에 인용문을 추가하여 이 부분을 개선하는 데 도움을 주시기 바랍니다. 출처가 밝혀지지 않은 자료에 이의를 제기하여 제거할 수 있습니다.(2023년 6월) (이 템플릿 메시지를 제거하는 방법 및 시기 알아보기)

스핀 축에 직각인 축을 따라 회전 자이로스코프에 외부 토크를 가하면 스핀과 관련된 림 속도가 외부 토크 축에 대해 방사상으로 방향을 잡게 됩니다.이로 인해 외부 토크가 기울어졌을 방향으로 자이로스코프를 직각으로 기울이는 방식으로 토크에 의한 힘이 림에 작용하게 됩니다.이러한 경향은 회전하는 몸을 회전하는 틀에 유지시키는 효과가 있습니다.

곤충 비행

파리(딥테라)와 일부 나방(Lepidoptera)은 비행 중에 몸의 각속도에 대한 정보를 전달하는 특수한 부속물과 기관을 가지고 코리올리스 효과를 이용합니다.이러한 부속물의 선형 운동에 의한 코리올리스 힘은 곤충의 몸의 회전하는 기준 틀 안에서 감지됩니다.파리의 경우, 파리의 특화된 부속 기관은 날개 바로 뒤에 위치한 "할테레"^[65]라고 불리는 아령 모양의 기관입니다.

주 날개와 같은 비트 주파수로 평면에서 진동하여 몸의 회전이 ^[66]운동면에서 수평 방향으로 이탈하게 됩니다.

나방에서 그들의 더듬이는 ^[67]파리의 더듬이와 비슷한 방식으로 코리올리스 힘을 감지하는 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다.파리와 나방 모두에서, 부속물의 바닥에 있는 기계식 센서들의 집합은 피치와 롤 평면에서의 회전에 대응하는 비트 주파수에서의 편차에 민감합니다. 그리고 두 배의 비트 주파수에서는 요 ^[68][67]평면에서의 회전에 대응합니다.

라그랑주 점 안정성

천문학에서 라그랑지안 점(Lagrangeian points)은 중력에만 영향을 받는 작은 물체가 두 큰 물체에 대해 안정적인 위치를 유지할 수 있는 두 개의 큰 물체의 궤도면에서 다섯 개의 위치입니다.처음 세 개의 라그랑지안 점(L₁, L₂, L₃)은 두 큰 물체를 연결하는 선을 따라 놓여 있으며, 마지막 두 점(L₄, L₅)은 각각 두 큰 물체와 정삼각형을 형성합니다.L점과₄₅ L점은 두 큰 물체와 함께 회전하는 좌표계에서 유효전위의 최대치에 해당하지만 코리올리 ^[69]효과로 인해 안정적입니다.안정성으로 인해 올챙이 궤도로 알려진 L₄ 또는₅ L 주위의 궤도가 생성될 수 있으며, 여기서 트로이목마가 발견될 수 있습니다.또한 편자 궤도로 알려진 L, L₄, L을₅ 둘러싸는₃ 궤도를 생성할 수 있습니다.

참고 항목

참고문헌

추가열람

물리학과 기상학

히스토리

외부 링크

• 기상학 용어집에 의한 코리올리 효과의 정의
• 코리올리 효과 — 상식과 수학의 갈등 PDF 파일. 20페이지푸코의 진자와 테일러 칼럼을 포함한 코리올리 효과의 다양한 측면에 대한 앤더스 페르손의 일반적인 토론.
• 기상학 PDF 파일의 코리올리 효과 5페이지중력과 지구의 자전이 지구 표면의 대기 운동에 어떤 영향을 미치는지에 대한 Mats Rosengren의 상세한 설명.2자리수
• 코리올리 효과 비디오 및 게임 10개 - About.com 날씨 페이지에서.
• 코리올리 포스 – 사이언스월드 소속
• 코리올리 효과와 배수구 아르곤 국립 연구소가 주최한 뉴턴 웹사이트의 한 기사.
• 코리올리스 비디오 카탈로그
• 코리올리 효과 : 그래픽 애니메이션, 정확한 설명이 있는 시각적 지구 애니메이션
• 유체역학 SPINLab Educational Film 소개 연구실 실험을 통해 코리올리스 효과를 설명
• 북반구에서 욕조는 시계 반대 방향으로 물이 빠지나요?세실 아담스가 2008년 5월 15일 웨이백 머신에서 보관.
• 나쁜 코리올리스.코리올리 효과에 대한 잘못된 정보를 밝혀내는 기사.앨리스테어 B.프레이저 펜실베니아 주립대학교 기상학과 명예교수
• 코리올리 효과: A(Fairly)간단한 설명, 평신도에 대한 설명
• 지구 표면의 코리올리 효과 애니메이션 관찰
• 관성 프레임과 회전하는 기준 프레임에서 바라본 장면을 보여주는 애니메이션 클립으로 코리올리 힘과 원심력을 시각화합니다.
• 빈센트 말렛 코리올리 포스 @ INWIT
• 나사 노트
• 인터랙티브 코리올리 분수는 회전 속도, 액적 속도 및 기준 프레임을 제어하여 코리올리 효과를 살펴볼 수 있습니다.
• 회전 조정 시스템, 관성 시스템으로부터의 변환