Ketika fisika mempelajari proses gerak benda dalam kerangka acuan non-inersia, kita harus memperhitungkan apa yang disebut percepatan Coriolis. Dalam artikel ini kami akan memberikan definisi, menunjukkan mengapa itu terjadi dan di mana ia memanifestasikan dirinya di Bumi.
Apa itu percepatan Coriolis?
Untuk menjawab pertanyaan ini secara singkat, kita dapat mengatakan bahwa ini adalah percepatan yang terjadi sebagai akibat dari aksi gaya Coriolis. Yang terakhir memanifestasikan dirinya ketika tubuh bergerak dalam kerangka acuan berputar non-inersia.
Ingat bahwa sistem non-inersia bergerak dengan percepatan atau berputar di ruang angkasa. Dalam sebagian besar masalah fisik, planet kita dianggap sebagai kerangka acuan inersia, karena kecepatan sudut rotasinya terlalu kecil. Namun, ketika mempertimbangkan topik ini, Bumi dianggap non-inersia.
Ada gaya fiktif dalam sistem non-inersia. Dari sudut pandang pengamat dalam sistem non-inersia, gaya-gaya ini muncul tanpa alasan. Misalnya, gaya sentrifugal adalahpalsu. Penampilannya tidak disebabkan oleh dampak pada tubuh, tetapi oleh adanya sifat inersia di dalamnya. Hal yang sama berlaku untuk gaya Coriolis. Ini adalah gaya fiktif yang disebabkan oleh sifat inersia tubuh dalam kerangka acuan yang berputar. Namanya dikaitkan dengan nama Gaspard Coriolis dari Prancis, yang pertama kali menghitungnya.
Gaya Coriolis dan arah gerakan di ruang angkasa
Setelah mengetahui definisi percepatan Coriolis, sekarang mari kita pertimbangkan pertanyaan spesifik - ke arah mana gerakan benda di ruang angkasa relatif terhadap sistem berputar itu terjadi.
Mari kita bayangkan sebuah piringan berputar pada bidang horizontal. Sebuah sumbu vertikal rotasi melewati pusatnya. Biarkan tubuh beristirahat pada disk relatif terhadapnya. Saat diam, gaya sentrifugal bekerja padanya, diarahkan sepanjang jari-jari dari sumbu rotasi. Jika tidak ada gaya sentripetal yang melawannya, maka benda tersebut akan terbang dari piringan.
Sekarang anggaplah benda mulai bergerak vertikal ke atas, yaitu sejajar dengan sumbu. Dalam hal ini, kecepatan linier rotasi di sekitar sumbu akan sama dengan disk, yaitu, tidak ada gaya Coriolis yang akan terjadi.
Jika benda mulai melakukan gerakan radial, yaitu mulai mendekati atau menjauhi sumbu, maka muncul gaya Coriolis, yang akan diarahkan secara tangensial ke arah putaran piringan. Penampilannya dikaitkan dengan kekekalan momentum sudut dan dengan adanya perbedaan tertentu dalam kecepatan linier dari titik-titik disk, yang terletak dijarak yang berbeda dari sumbu rotasi.
Akhirnya, jika benda bergerak secara tangensial ke piringan yang berputar, maka akan muncul gaya tambahan yang akan mendorongnya ke arah sumbu rotasi atau menjauhinya. Ini adalah komponen radial dari gaya Coriolis.
Karena arah percepatan Coriolis bertepatan dengan arah gaya yang dipertimbangkan, percepatan ini juga akan memiliki dua komponen: radial dan tangensial.
Rumus gaya dan percepatan
Gaya dan percepatan sesuai dengan hukum kedua Newton terkait satu sama lain dengan hubungan berikut:
F=ma.
Jika kita perhatikan contoh di atas dengan benda dan piringan yang berputar, kita dapat memperoleh rumus untuk setiap komponen gaya Coriolis. Untuk melakukan ini, terapkan hukum kekekalan momentum sudut, serta ingat rumus percepatan sentripetal dan ekspresi hubungan antara kecepatan sudut dan linier. Secara ringkas, gaya Coriolis dapat didefinisikan sebagai berikut:
F=-2m[ωv].
Di sini m adalah massa benda, v adalah kecepatan liniernya dalam kerangka non-inersia, adalah kecepatan sudut kerangka acuan itu sendiri. Rumus percepatan Coriolis yang sesuai akan berbentuk:
a=-2[ωv].
Produk vektor dari kecepatan dalam tanda kurung siku. Ini berisi jawaban atas pertanyaan di mana percepatan Coriolis diarahkan. Vektornya diarahkan tegak lurus terhadap sumbu rotasi dan kecepatan linier benda. Ini berarti bahwa yang dipelajaripercepatan mengarah ke kelengkungan lintasan gerak bujursangkar.
Pengaruh gaya Coriolis pada terbangnya bola meriam
Untuk lebih memahami bagaimana gaya yang dipelajari memanifestasikan dirinya dalam praktik, perhatikan contoh berikut. Biarkan meriam, yang berada di titik nol meridian dan garis lintang nol, menembak lurus ke utara. Jika bumi tidak berotasi dari barat ke timur, maka inti bumi akan jatuh pada garis bujur 0°. Namun karena rotasi planet, inti akan jatuh pada bujur yang berbeda, bergeser ke timur. Ini adalah hasil dari percepatan Coriolis.
Penjelasan tentang efek yang dijelaskan sederhana. Seperti yang Anda ketahui, titik-titik di permukaan bumi, bersama dengan massa udara di atasnya, memiliki kecepatan rotasi linier yang besar jika terletak di lintang rendah. Saat lepas landas dari meriam, inti memiliki kecepatan rotasi linier tinggi dari barat ke timur. Kecepatan ini menyebabkannya melayang ke timur saat terbang di lintang yang lebih tinggi.
Efek Coriolis dan arus laut dan udara
Pengaruh gaya Coriolis paling jelas terlihat pada contoh arus laut dan pergerakan massa udara di atmosfer. Dengan demikian, Arus Teluk, mulai dari selatan Amerika Utara, melintasi seluruh Samudra Atlantik dan mencapai pantai Eropa karena efek yang dicatat.
Untuk massa udara, angin pasat, yang bertiup dari timur ke barat sepanjang tahun di lintang rendah, merupakan manifestasi yang jelas dari pengaruh gaya Coriolis.
Contoh soal
Rumus untukPercepatan Coriolis. Itu perlu digunakan untuk menghitung jumlah percepatan yang diperoleh benda, bergerak dengan kecepatan 10 m / s, pada garis lintang 45 °.
Untuk menggunakan rumus percepatan dalam kaitannya dengan planet kita, Anda harus menambahkan ketergantungan pada garis lintang. Rumus kerja akan terlihat seperti:
a=2ωvsin(θ).
Tanda minus dihilangkan karena menentukan arah percepatan, bukan modulusnya. Untuk Bumi=7.310-5rad/s. Substitusikan semua bilangan yang diketahui ke dalam rumus, kita peroleh:
a=27, 310-510sin(45o)=0,001 m/ c 2.
Seperti yang Anda lihat, percepatan Coriolis yang dihitung hampir 10.000 kali lebih kecil dari percepatan gravitasi.
