1、科里奥利力演示科里奥利力演示化学工程学院化学工程学院应用化学应用化学13011301张盼张盼科里奥利力演示科里奥利力演示卡皮罗现象卡皮罗现象 2020世纪世纪4040年代科学家卡皮罗发现了这么一个现象：水槽年代科学家卡皮罗发现了这么一个现象：水槽中的水在漏下时会产生逆时针的涡流。后来，他在水流下中的水在漏下时会产生逆时针的涡流。后来，他在水流下时故意用手指向相反的方向搅动，但手离开后漩涡又恢复时故意用手指向相反的方向搅动，但手离开后漩涡又恢复了原来的旋转方向。这是否与漏水口的形状有关？于是他了原来的旋转方向。这是否与漏水口的形状有关？于是他做了许多不同形状的漏水口，但是实验结果总是相同的。做了
2、许多不同形状的漏水口，但是实验结果总是相同的。他对此困惑不解，于是到世界各地去做同样的实验，是他他对此困惑不解，于是到世界各地去做同样的实验，是他大为惊奇的是在南半球水流漩涡的方向与北半球刚好相反，大为惊奇的是在南半球水流漩涡的方向与北半球刚好相反，在北半球是逆时针的而在南半球是顺时针的，在赤道附近在北半球是逆时针的而在南半球是顺时针的，在赤道附近两种情况几乎各占一半。卡皮罗喜出望外，他终于找到了两种情况几乎各占一半。卡皮罗喜出望外，他终于找到了结论，在原涡流的方向与地球上所处的位置有关。结论，在原涡流的方向与地球上所处的位置有关。事实上，卡皮罗现象是地球在自传过程中由于惯性引事实上，卡皮罗现
3、象是地球在自传过程中由于惯性引起的一种所谓科里奥利力造成的。起的一种所谓科里奥利力造成的。科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥(Gaspard-Gustave de Coriolis),法国著名科学家，1835年发现科里奥利力，并用数学方法进行了论述。科里奥利力演示科里奥利力演示 那么，什么是科那么，什么是科里奥利力呢？里奥利力呢？科里奥利力演示科里奥利力演示 当一个质点相对于惯性系做当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于旋转体系，直线运动时，相对于旋转体系，其轨迹是一条曲线。立足于旋转其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系，我们认为有一个力驱使质体系，我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线，这
4、个力就点运动轨迹形成曲线，这个力就是是科里奥利力科里奥利力科里奥利力演示科里奥利力演示 在匀角速度转动参照系中的运动物体，除附加惯性离在匀角速度转动参照系中的运动物体，除附加惯性离心力作用外，所附加的另外一种惯性力。心力作用外，所附加的另外一种惯性力。科氏力的大小取决转动角速度科氏力的大小取决转动角速度和物和物体的径向速度体的径向速度v v 。vmfc2f fc c存在条件：运动速度存在条件：运动速度v v和转动角速度和转动角速度必须同必须同时存在。时存在。v v与与垂直垂直f fc c最大；两者平行最大；两者平行f fc c=0=0。科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利力的三个特征：科里奥利
5、力的三个特征：1 1）与相对速度成正比，故只有当物体相对转动参）与相对速度成正比，故只有当物体相对转动参考系运动时才可能出现；考系运动时才可能出现；2 2）与转动参考系的角速度的一次方成正比，而离）与转动参考系的角速度的一次方成正比，而离心力与角速度的二次方成正比，故当参考系的转心力与角速度的二次方成正比，故当参考系的转动角速度较小，科里奥利力比离心力更重要；动角速度较小，科里奥利力比离心力更重要；3 3）力的方向总是与相对速度垂直，故不会改变相）力的方向总是与相对速度垂直，故不会改变相对速度的大小。对速度的大小。科里奥利力演示科里奥利力演示关于科里奥利力的生活现象关于科里奥利力的生活现象1
6、1）贝尔定律：北半球河流的右岸比较陡峭，南半）贝尔定律：北半球河流的右岸比较陡峭，南半球则左岸比较陡峭。这是人们从实际观察中总结球则左岸比较陡峭。这是人们从实际观察中总结出来的。出来的。因为地球是一个转动的参考系，地球上运动的因为地球是一个转动的参考系，地球上运动的物体也受科里奥利力作用。物体也受科里奥利力作用。科里奥利力演示科里奥利力演示关于科里奥利力的生活现象关于科里奥利力的生活现象2）信风的形成 赤道附近的信风在北半球是东北方向，在南半球是东南方向。科里奥利力演示科里奥利力演示关于科里奥利力的生活现象关于科里奥利力的生活现象3 3）北半球的强热带风暴，北半球是沿逆时针方向）北半球的强热带
7、风暴，北半球是沿逆时针方向旋转的漩涡，南半球是顺时针。【画图】旋转的漩涡，南半球是顺时针。【画图】科里奥利力演示科里奥利力演示关于科里奥利力的生活现象关于科里奥利力的生活现象4 4）落体偏东【图示，指明赤道处效应最大】）落体偏东【图示，指明赤道处效应最大】物体从高处自由下落，所受的科里奥利力的方向不论是南北半球均是向东，因此使得落点偏东。A A物体并不物体并不是垂直下落是垂直下落到地面到地面B B点点的，而是稍的，而是稍微偏向东方微偏向东方的的C C点。点。科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利力的应用科里奥利力的应用1.1.陀螺仪陀螺仪 旋转中的陀螺仪会对各种形式的直线运动产生旋转中的陀螺仪会
8、对各种形式的直线运动产生反映，通过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以反映，通过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进行运动的测量与控制。进行运动的测量与控制。主要有：陀螺方向仪、陀螺罗盘、陀螺垂直仪、主要有：陀螺方向仪、陀螺罗盘、陀螺垂直仪、陀螺稳定器、速率陀螺仪、陀螺稳定平台、陀螺仪陀螺稳定器、速率陀螺仪、陀螺稳定平台、陀螺仪传感器等传感器等科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利力的应用科里奥利力的应用2.2.质量流量计质量流量计 让被测量的流体通过一个转动或者振动中的测量管，让被测量的流体通过一个转动或者振动中的测量管，流体在管道中的流动相当于直线运动，测量管的转动或振流体在管道中的流动相当于
9、直线运动，测量管的转动或振动会产生一个角速度，由于转动或振动是受到外加电磁场动会产生一个角速度，由于转动或振动是受到外加电磁场驱动的，有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科里驱动的，有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度有关，而质量和运动速度即奥利力仅与其质量和运动速度有关，而质量和运动速度即流速的乘积就是需要测量的质量流量，因而通过测量流体流速的乘积就是需要测量的质量流量，因而通过测量流体在管道中受到的科里奥利力，便可以测量其质量流量。在管道中受到的科里奥利力，便可以测量其质量流量。科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利
10、力演示科里奥利力的应用科里奥利力的应用3.3.用科里奥利力效应预测最大余震用科里奥利力效应预测最大余震 利用科里奥利力，用定性的方法对大地震余震的最大利用科里奥利力，用定性的方法对大地震余震的最大强度作出快速判断。其判断方法是用右手螺旋前进还是后强度作出快速判断。其判断方法是用右手螺旋前进还是后退，即可判知科里奥利力是促使断层两盘是相互挤压还是退，即可判知科里奥利力是促使断层两盘是相互挤压还是拉离，从而按逆断层大震先例来判断余震的最大强度。拉离，从而按逆断层大震先例来判断余震的最大强度。曾用科里奥利力效应对曾用科里奥利力效应对 2008 2008年汶川年汶川 8 8级地震的最大余级地震的最大余
11、震作出了正确的预测震作出了正确的预测.科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利力的应用科里奥利力的应用4.4.傅科摆（实验演示）傅科摆（实验演示）原理：摆动可以看做是一种往复的直线运动，原理：摆动可以看做是一种往复的直线运动，在地球上的摆动会受到地球自传的影响。只要摆在地球上的摆动会受到地球自传的影响。只要摆面方向与地球自传的角速度方向存在一定的夹角，面方向与地球自传的角速度方向存在一定的夹角，摆面就会受到科里奥利力的影响，而产生一个与摆面就会受到科里奥利力的影响，而产生一个与地球自转方向相反的扭矩，从而使得摆面发生转地球自转方向相反的扭矩，从而使得摆面发生转动。动。科里奥利力演示科里奥利力演示科里奥利力演示仪科里奥利力演示仪科里奥利力演示科里奥利力演示
