Coriolis-Kraft: Richtung senkrecht zur Visualisierung der Rotationsachse

Zunächst einmal ist die Corioliskraft wie die Zentrifugalkraft ein Beispiel für eine fiktive Kraft. Fiktiv ist ein unglücklicher Name, der es wie eine "vorgetäuschte" Kraft klingen lässt. Fiktive Kräfte sind real. Sie entstehen, wenn Sie ein beschleunigtes Bezugssystem als Trägheit behandeln. Das heißt, wenn Sie in einem beschleunigten Bezugssystem stationär sind, geben Sie vor, in einem Inertialsystem stationär zu sein. Das klingt unvernünftig, wird aber immer wieder gemacht. Ein Beispiel und eine Erklärung finden Sie in meiner Antwort auf den Mann in einem beschleunigenden Waggon .

In diesem Fall dreht sich die Erde einmal am Tag. Rotationsbewegung ist beschleunigte Bewegung. Aber wir, die wir auf der Erdoberfläche leben, halten sie für träge, für stationär. Die Beschleunigung, die wir erfahren, wenn wir uns einmal am Tag im Kreis bewegen, ist gering, sodass wir sie normalerweise nicht bemerken. Wenn Sie jedoch schnell eine große Entfernung zurücklegen, würden Sie den Effekt bemerken.

Am einfachsten ist es, am Nordpol zu beginnen. Dieser Ort ist stationär in Bezug auf den Erdmittelpunkt. Schauen Sie von oben darauf herab. Stellen Sie sich vor, dass es mit glattem, reibungsfreiem Eis bedeckt ist. Sie schieben einen Stein nach Süden, sagen wir mit 10 Meilen pro Stunde. Aus der Sicht des Felsens bewegt sich der Boden mit einer konstanten Geschwindigkeit von 16 km/h nach Norden.

Warten Sie, bis es zu einem Punkt 100 Meilen von der Erdachse gerutscht ist. Da es keine Reibung gibt, gleitet das Gestein mit konstanter Geschwindigkeit weiter geradeaus nach Süden. Aber die Erde dreht sich darunter. Der Boden wandert jeden Tag im Kreis nach Osten. Der Umfang beträgt ungefähr 628 Meilen, also beträgt die Geschwindigkeit 628 Meilen / Tag oder ungefähr 26 Meilen pro Stunde. Der Felsen sieht immer noch dieselbe nordwärts gerichtete Komponente der Geschwindigkeit des Bodens. Aber auch der Boden hat eine seitliche Komponente hinzugewonnen. Der Boden wird in östlicher Richtung beschleunigt. Wenn sich das Gestein weiter nach Süden fortsetzt, wird die seitliche Geschwindigkeitskomponente zunehmen.

Wechsle nun den Blickwinkel. Du sitzt auf der Erde und siehst zu, wie der Felsen vorbeizieht. Aus Ihrer Sicht ist die Erde stationär. Der Boden hat keine nach Norden gerichtete Geschwindigkeitskomponente. Der Felsen hat eine Südkomponente von 10 mph. Der Boden hat keine Ostkomponente. Der Felsen hat eine Westkomponente von 26 mph.

Aus dieser Sicht hat sich das Gestein beschleunigt. Es begann mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus nach Süden zu fahren. Es hat nun eine nach Westen gerichtete Geschwindigkeitskomponente erhalten und bewegt sich nach Südwesten. Es hat sich gekrümmt und beschleunigt.

Das ist die Coriolis-Beschleunigung. Es ist real. Eine Person, die die Erde als stationär behandelt, ignoriert seine eigene wirkliche Beschleunigung. Wenn er sieht, wie sich ein Objekt mit einer nicht konstanten Geschwindigkeit von seiner festen Position löst, sieht er, wie das Objekt beschleunigt. Er wird den Steinschlag wirklich mit etwa 28 Meilen pro Stunde vorbei sehen.

Standpunkte wie diese zu wechseln, klingt falsch, aber es ist eine vollkommen vernünftige Sache für ihn. Er sieht, dass die Erde fest ist. Ein Baum in der Nähe ist behoben. Ihre Geschwindigkeit ist 0. Ein Eisbär in der Nähe läuft mit konstanter Geschwindigkeit. Auf diese Weise ist es einfach, den Eisbären im Auge zu behalten. Es ist schwieriger zu erkennen, dass er sich im Kreis bewegt, der Eisbär bewegt sich komplizierter als das, und die Relativgeschwindigkeit zwischen ihm und dem Bären zu berechnen.

Ein Objekt, das beschleunigt wird, muss aufgrund einer Kraft beschleunigt werden. Der Name dieser Kraft ist die Coriolis-Kraft. Sie können sehen, woher der Name "fiktiv" kommt. Aber es ist echt.

Wenn Sie den Stein entlang einer Bahn in Bewegung halten wollen, die vom festen Standpunkt der Erde aus gerade nach Süden verläuft, müssten Sie den Stein nach Osten beschleunigen, um der nach Westen gerichteten Coriolis-Beschleunigung entgegenzuwirken. Sie müssten eine nach Osten gerichtete Kraft auf den Felsen ausüben, um der nach Westen gerichteten Coriolis-Kraft entgegenzuwirken. In diesem Sinne ist die Coriolis-Kraft real.

Beachten Sie, dass die Coriolis-Beschleunigung proportional zur Südgeschwindigkeit des Felsens ist. Mit einer großen Geschwindigkeit nach Süden erreicht das Gestein schnell eine Region, in der sich die Erde nach Osten bewegt. Die seitliche Beschleunigung der Erde ist groß. Vom Standpunkt der festen Erde aus ist die nach Westen gerichtete Beschleunigung des Felsens groß.

Sie können sich diese beiden Bilder ansehen und darüber nachdenken, ob sie die Coriolis-Kraft ein wenig leichter verständlich machen.