Wenn ich einen Ball gerade nach oben werfe, wird er aufgrund von Coriolis-Kräften leicht nach Westen abgelenkt. Wenn ich stattdessen beobachte, wie eine Blase im Wasser aufschwimmt, wird die Blase nach Westen, Osten oder zu keinem von beiden abgelenkt?
Ich denke, die Blase bewegt sich auch nach Westen, bin mir aber nicht sicher. Meine Überlegung ist, dass die Luft in der Blase eine Coriolis-Kraft im Westen spüren muss, weil sie aufsteigt. Wenn die Blase aufsteigt, bewegt sich außerdem das Wasser um sie herum, und die Nettobewegung des Wassers ist nach unten gerichtet. Abwärts fließendes Wasser erfährt eine Coriolis-Ablenkung nach Osten. Blasen bewegen sich in die entgegengesetzte Richtung des Wassers. Wenn sich das Wasser also nach Osten bewegt, sollte sich die Blase nach Westen bewegen.
Ich habe keine vernünftig klingenden Gegenargumente, aber ich bin auch nicht vollständig von meiner Argumentation überzeugt.
Bearbeiten : Ein Grund, warum ich mir bei diesem Problem nicht sicher bin, ist, dass eine Blase nicht durch eine Zentrifugalkraft nach außen geschleudert wird. Stellen Sie sich eine Plastikkugel vor, die mit Wasser gefüllt ist und sich schnell dreht. An der äquatorialen Stelle, auf halbem Weg zum Rand der Kugel, sitzt eine Blase im Wasser. Es gibt eine Zentrifugalkraft zur Wand hin, aber die Blase bewegt sich nicht in diese Richtung. Die Blase bewegt sich den Druckgradienten hinauf. Das Wasser wird an die Wand geschleudert, und daher herrscht an der Wand ein höherer Druck als in der Mitte. Die Blase bewegt sich zur Mitte hin. Wenn sich eine Blase entgegen der Zentrifugalkraft bewegt, sollte ich vorsichtig sein, bevor ich behaupte, dass sie sich mit der Coriolis-Kraft bewegt.
Es tut.
Um sich selbst zu überzeugen, denken Sie daran, dass aufsteigende heiße Luft eine Coriolis-Kraft erfährt, also bin ich mir ziemlich sicher, dass Ihre Blase dies auch tut.
Denken Sie auch daran, was die Coriolis-Beschleunigung ist - es ist eine scheinbare Beschleunigung aufgrund der Tatsache, dass Sie als Beobachter sich in einem rotierenden Referenzrahmen befinden, sodass Ihre Definition von "gerade nach oben" tatsächlich eine Kurve ist. Wenn die Blase aufsteigt, sehen Sie, dass sie eine gekrümmte Flugbahn hat - aber das hat mit Ihrer rotierenden Definition von gerade nach oben zu tun. Daher gilt für ihn diese Beschleunigung.
Hier ist ein Fall, in dem sich eine Blase gegen die Coriolis-Kraft bewegt, obwohl es nicht genau derselbe Fall ist, der in der Frage angesprochen wird.
Diese Referenz behauptet, dass Coriolis-Kräfte früher in der Schiffsnavigation ins Spiel kamen, indem sie die Blase in einer Ebene ablenkten, sagt aber nicht, in welche Richtung.
Betrachten Sie die Blase in einem Level. Wenn Sie sich auf der Nordhalbkugel befinden und sich weiter nach Norden bewegen, befindet sich die Coriolis-Kraft im Westen. Die Coriolis-Kraft wirkt auf die Luft in der Wasserwaage, aber auch auf das Wasser in der Wasserwaage. Die Kraft ist proportional zur Masse, also können wir sie uns nach dem Äquivalenzprinzip als eine kleine Gravitationskraft vorstellen, die nach Westen zeigt. Eine Blase im Wasser bewegt sich entgegen der Schwerkraft, also bewegt sich die Blase gegen die Coriolis-Kraft nach Osten.
Der Unterschied zwischen diesem Szenario und einer einfach im Wasser aufsteigenden Blase besteht darin, dass sich die Blase und das Wasser im Level in die gleiche Richtung bewegen, nicht jedoch bei einer aufsteigenden Blase.
Zusammenfassung:
Die Blase wird nach Osten abgelenkt.
Die beiden Fälle, die Sie hier präsentieren, unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht, als es auf den ersten Blick erscheint.
Wenn wir die Luftreibung als vernachlässigbar betrachten, sehen wir, dass der Ball, sobald er Ihre Hand verlassen hat, einer ballistischen Flugbahn folgt. Für die Dauer des Fluges befindet sich der Ball auf einer Keplerbahn, sei es einer Bahn, die die Erdoberfläche in Sekundenschnelle wieder schneidet. Nichtsdestotrotz ist die Mechanik eine Orbitalmechanik.
Wenn ein Ball genau vertikal geworfen wird, ist seine horizontale Geschwindigkeitskomponente die Geschwindigkeit der Korotation mit der Erde.
Wie wir wissen, verlangsamt sich ein Objekt in einer keplerschen Umlaufbahn, wenn es zum höchsten Punkt seiner Umlaufbahn aufsteigt. Am höchsten Punkt ist die Winkelgeschwindigkeit am langsamsten. Also: Wenn ein Ball genau senkrecht geworfen wird, dann wird er entlang des Aufstiegs zunehmend hinter der Winkelgeschwindigkeit der Erde zurückbleiben. Das heißt, relativ zur Erde wird der Ball nach Westen abgelenkt.
In der Orbitalmechanik werden die Änderungen der Winkelgeschwindigkeit nicht dem Coriolis-Effekt zugeschrieben. Wenn überhaupt, wird es als Drehimpulserhaltung bezeichnet. Beim Aufsteigen zum höchsten Punkt einer Umlaufbahn nimmt die Winkelgeschwindigkeit ab, beim Abstieg baut sich die Winkelgeschwindigkeit wieder auf.
Lassen Sie mich zunächst den folgenden Fall untersuchen: Ein flexibler Schlauch wird vertikal eingetaucht. An der Oberfläche befindet sich eine Pumpe, die Wasser nach unten drückt. Sie haben also eine vertikale Strömung. Um den einfachsten Fall zu erhalten, nehmen wir an, dass sich die Röhre irgendwo entlang des Äquators befindet. In eine größere Tiefe abzusteigen bedeutet, sich in Richtung des Rotationszentrums zu bewegen. Wenn das Wasser in eine größere Tiefe absinkt, haben Sie einen Coriolis-Effekt: Das absinkende Wasser wird dazu neigen, der Winkelgeschwindigkeit der Erde vorauszuziehen . Daher biegt sich das vertikale Rohr nach Osten
Damit eine Blase aufsteigt, muss umgebendes Wasser absinken. Ich gehe davon aus, dass sich die aufsteigende Blase einfach mit jeder Ablenkung der absteigenden Strömung, die sie umgibt, mitbewegt. Die absteigende Strömung wird nach Osten umgelenkt.
Es gibt einen großen Unterschied zwischen dem Werfen eines Balls und einer aufsteigenden Blase, daher gibt es keinen direkten Vergleich.
Nochmals das Beispiel des senkrechten Rohrs: Die Flüssigkeit im senkrechten Rohr wird durch eine Auftriebskraft aus der darunter liegenden Wassersäule getragen. Aber beim Ball gibt es keinen Auftrieb; Die Flugbahn ist ballistisch.
In Ihrer ursprünglichen Frage weisen Sie auf diesen Unterschied hin; Sie werfen die Frage auf, ob ein gewisser Zentrifugaleffekt berücksichtigt werden muss
Markus Eichenlaub