Влияние вращения Земли на движение тел по земной поверхности.

Представим себе, что наблюдения движения тела производятся во вращающейся системе координат. Мимо наблюдателя движется прямолинейно и равномерно какое-либо тело. В выбранной

неинерциальной системе отсчета траектория тела будет криволинейной. Французский ученый Кориолис вычислением показал, что по отношению к системе, вращающейся с угловой скоростью , тело, движущееся прямолинейно и равномерно со скоростью имеет ускорение, равное где — угол между осью вращения и направлением прямолинейного движения. При этом вектор ускорения направлен перпендикулярно к плоскости, проходящей через ось вращения и направление скорости. Для выбора из двух возможных направлений ускорения одного можно пользоваться следующим правилом: если смотреть вдоль оси вращения так, чтобы видеть вращение против часовой стрелки, и поставить левую руку ладонью вниз, установив пальцы вдоль прямолинейного движения, то направление большого пальца покажет направление ускорения (рис. 14).

Рис. 14.

Кориолисово ускорение действует на все тела, движущиеся по земной поверхности. Если смотреть на ось земного шара со стороны северного полюса, то вращение представляется против часовой стрелки. Следовательно, любое тело, движущееся в северном полушарии прямолинейно по отношению к инерциальной системе, отклоняется вправо по ходу движения (влево в южном полушарии) для земного наблюдателя. Это отклонение может быть большим или меньшим в зависимости от направления движения по отношению к оси, а также от линейной скорости движения.

Отклонения тел могут происходить как в горизонтальной, так и в вертикальной (по отношению к поверхности Земли) плоскостях. Кориолисово ускорение направлено перпендикулярно к земной оси; поэтому отклонения, происходящие в горизонтальной плоскости, всего больше на полюсе и равны нулю на экваторе. Обратное положение имеет место для отклонений от вертикальной плоскости. Отклонения в этих двух плоскостях характеризуются соответствующими проекциями вектора ускорения. Так, проекция ускорения тела на горизонтальную плоскость равна

где широта. В северном полушарии эта проекция направлена вправо по движению.

Отклонение движущихся в горизонтальной плоскости тел от прямолинейного пути сказывается на размытии реками правых

берегов в северном и левых берегов (по ходу движения) в южном полушарии. По этой же причине в северном полушарии реки обходят препятствия с правой (в южном — с левой) стороны.

Воздушные массы, притекающие в область низкого давления, отклоняются от радиального направления вправо в северном (влево в южном) полушарии и образуют циклоны. Таким образом, циклоны в северном полушарии перемещают воздушные массы против часовой стрелки, в южном — наоборот.

Наличие вертикального отклонения приводит к тому, что падающее тело движется не строго по вертикали, а отклоняется с запада на восток (Земля вращается с запада на восток, т. е. против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса).

Примеры. 1. Подсчитаем максимальное отклонение от прямолинейного пути обычного артиллерийского снаряда. Отклонение будет максимально на полюсе и для всех направлений выстрела Беря скорость полета снаряда получим Это ускорение примерно в 70 раз меньше ускорения силы тяжести. Отклонение снаряда от прямолинейного пути может, как мы видим, достигать величины порядка нескольких сантиметров.

2. Пусть река течет с севера на юг (в северном полушарии) со скоростью При этом вода переходит из областей с малой линейной скоростью вращения поверхности Земли в области с большей линейной скоростью. Это увеличение скорости движения (направленного с запада на восток вместе с берегами реки) характеризуется ускорением Кориолиса и достигается за счет воздействия правого берега реки на массы воды. Вычислим ускорение Кориолиса для широты

Таким образом, на каждую тонну воды правый берег давит с силой

Обрывистые правые берега Волги, Дона и других крупных рек северного полушария иллюстрируют приведенный расчет.