Физика на ладони. Об устройстве Вселенной – просто и понятно - стр. 57

Предыдущие выводы указывают, что мяч движется к краю карусели; но по отношению к земной поверхности мяч вовсе не стремится набрать или снизить скорость и движется по-прежнему со скоростью 5 км/ч. Однако он подкатывается к краю карусели, которая вращается со скоростью 10 км/ч: то есть мяч движется медленнее и по отношению к карусели начинает отклоняться от первоначальной траектории (➙ рис. 5.5). С точки зрения человека на карусели мяч, двигаясь к краю, смещается вправо (➙ рис. 5.6). На него действует новая сила инерции, которая называется силой Кориолиса.

Также если мы толкнем мяч к центру карусели, он покатится от зоны более высоких скоростей к зоне более низких: то есть мяч будет катиться быстрее, чем вращается карусель, и его траектория снова отклонится вправо.

В сущности, сила Кориолиса всегда будет заставлять мяч отклоняться вправо на карусели, вращающейся против часовой стрелки (а если по часовой стрелке, то влево).

Рис. 5.5 – Происхождение силы Кориолиса

Схема показывает то, что видит взрослый, сидящий рядом с каруселью, за два последовательных момента времени.

(а) – мяч неподвижен по отношению к карусели, но с точки зрения наблюдателя обладает скоростью благодаря вращению карусели. Эта скорость ниже, чем скорость края карусели.

(b) – мяч достиг края карусели, сохранив ту же скорость. В этой точке скорость вращения карусели гораздо выше скорости мяча, и по отношению к карусели он меняет свою траекторию (продолжая двигаться к краю).

Рис. 5.6 – Траектория мяча, движущегося по карусели, с точки зрения разных наблюдателей

(а) – взгляд человека, сидящего возле карусели: мяч катится по прямой.

(b) – взгляд ребенка на карусели: с одной стороны мяч катится к краю (сила переноса), с другой стороны он описывает дугу вправо (сила Кориолиса).

Обобщение

В конечном итоге если мы различаем «переносную силу» и «силу Кориолиса», то потому, что первая зависит от положения мяча на карусели, а вторая от скорости его передвижения по отношению к карусели.

Наконец, нам пришлось ввести понятие «переносное ускорение» a^>→;_>e, связанное с силой переноса F^>→;_>ie, как F^>→;_>ie = –ma^>→;_>e.

Мы также можем ввести понятие «ускорение Кориолиса» a^>→;_>c, связанное с силой Кориолиса F^>→;_>ik, как F^>→;_>ik = –ma^>→;_>k.

Подведем итог:

• Ускорение переноса зависит от скорости вращения системы отсчета (в данном случае карусели) по отношению к инерциальной системе отсчета (в данном случае земной поверхности). Она также зависит от изменения скорости вращения и от расстояния объекта до оси вращения (если мяч в центре карусели, он не испытывает никакого ускорения).