Tekst źródłowy strony Efekt Coriolisa

[[Plik:Corioliskraftanimation.gif|thumb|{{nowrap|1. Dla obserwatora nieruchomego}} kulka porusza się po prostej ze stałą prędkością, czyli nie działa na kulkę żadna siła (rys. górny)<br />
2. Dla obserwatora na tarczy kulka porusza się po zakrzywionym torze. Ruch ten można wyjaśnić jako efekt siły Coriolisa (rys. dolny)]]

'''Efekt Coriolisa''', powszechnie '''siła Coriolisa''' – zjawisko występujące, gdy ciało porusza się w obracającym się [[układ odniesienia|układzie odniesienia]].

Siła Coriolisa jest jedną z [[Siła bezwładności|sił bezwładności]].

== Historia ==
Włoski naukowiec [[Giovanni Battista Riccioli]] i jego asystent [[Francesco Grimaldi|Francesco Maria Grimaldi]] opisali efekt w związku z artylerią w ''Almagestum Novum'' z 1651 r., pisząc, że obrót Ziemi powinien powodować, że kula armatnia wystrzelona na północ odchyli się na wschód<ref>{{Cytuj |autor = Christopher M. Graney |tytuł = Coriolis effect, two centuries before Coriolis |czasopismo = Physics Today |data = 2011-08-01 |data dostępu = 2024-09-09 |issn = 0031-9228 |wolumin = 64 |numer = 8 |s = 8–9 |doi = 10.1063/PT.3.1195 |url = https://pubs.aip.org/physicstoday/article/64/8/8/413725/Coriolis-effect-two-centuries-before-Coriolis |język = en}}</ref>. W 1674 r. [[Claude François Milliet Dechales]] opisał w swoim ''Cursus seu Mundus Mathematicus'', jak obrót Ziemi powinien powodować odchylenie trajektorii spadających ciał i pocisków skierowanych w stronę jednego z biegunów planety. Riccioli, Grimaldi i Dechales opisali efekt przez ciała jako argument przeciwko heliocentrycznemu systemowi Kopernika. Argumentowali, że obrót Ziemi powinien powodować zmianę kierunku lotu kuli, a zatem brak wykrycia tego efektu był dowodem na nieruchomą Ziemię<ref>{{Cytuj |autor = Christopher M. Graney |tytuł = Early descriptions of Coriolis effect |czasopismo = Physics Today |data = 2017-07-01 |data dostępu = 2024-09-09 |issn = 0031-9228 |wolumin = 70 |numer = 7 |s = 12–13 |doi = 10.1063/PT.3.3610 |url = https://pubs.aip.org/physicstoday/article/70/7/12/926337/Early-descriptions-of-Coriolis-effect |język = en}}</ref>.

Równanie przyspieszenia Coriolisa zostało wyprowadzone przez [[Leonhard Euler|Eulera]] w 1749 r.<ref name = Persson">{{Cytuj | autor = Anders Persson | tytuł = The Coriolis Effect – a conflict between common sense and mathematics | url = http://web.phys.ntnu.no/~stovneng/TEP4145und2007/coriolis.pdf | odpowiedzialność = The Swedish Meteorological and Hydrological Institute, Norrköping, Sweden | data dostępu = 2024-09-09}}</ref>, efekt został opisany w {{link interwiki|Teoria pływów|Q=Q857130|tekst=równaniach teorii pływów}} [[Pierre Simon de Laplace|Laplace’a]] w 1778 r.<ref>{{Cytuj |autor = David Edgar Cartwright |tytuł = Tides: a scientific history |data = 2001 |data dostępu = 2024-09-09 |isbn = 978-0-521-79746-7 |wydanie = 1 |miejsce = Cambridge |wydawca = Cambridge University Press|strony =74|url=https://books.google.com/books?id=78bE5U7TVuIC&pg=PA74}}</ref>

W 1835 r. ukazał się artykuł, który rozsławił [[Gaspard-Gustave Coriolis|Coriolisa]] „Sur les equations du mouvement relatif des systemes de corps”, w którym rozważał poruszanie się elementów maszyn na obracających się częściach. Wykazał, że całkowita siła bezwładności jest sumą dwóch sił, odśrodkowej i jak to nazwał „złożonej siły odśrodkowej” zależnej od prędkości ciała względem obracającego się układu, która później stała się znana jako „siła Coriolisa”<ref name = Persson" />.

== Opis ==
Obracający się [[układ odniesienia]] nie jest [[Układ inercjalny|układem inercjalnym]], by opisać ruch w takim układzie wprowadza się dodatkowe siły zwane [[Siły bezwładności|siłami bezwładności]]. Na poruszający się [[punkt materialny]] (ciało) w obracającym się układzie odniesienia, który ma środek obrotu w początku [[Układ współrzędnych|układu współrzędnych]], oprócz siły odśrodkowej i siły Eulera działa siła bezwładności zależna od prędkości ruchu punktu zwana siłą Coriolisa{{odn|Wróblewski|Zakrzewski|1984|s=349}}.
Siła Coriolisa wyrażona jest wzorem:
:: <math>\vec{F}_C = -2m(\vec\omega \times \vec{v}).</math>

Z siłą tą wiąże się '''przyspieszenie Coriolisa'''<ref>{{Encyklopedia PWN | tytuł = Siła Coriolisa | id = 3975275 | data dostępu = 2021-07-22 }}</ref>:
:: <math>\vec{a}_C = -2(\vec\omega \times \vec{v})</math>

W notacji niewektorowej, siła Coriolisa jest prostopadła do osi obrotu układu odniesienia i prędkości ciała i ma wartość równą iloczynowi prędkości kątowej układu odniesienia, prędkości ciała i sinusa kąta między osią obrotu a kierunkiem prędkości{{odn|Wróblewski|Zakrzewski|1984|s=349}}:
::<math>F_c = 2 m \omega v \sin \phi</math> 
gdzie:
: <math>m</math> – [[masa (fizyka)|masa]] ciała,
: <math>v</math> – jego [[prędkość]],
: <math>\omega</math> – [[prędkość kątowa]] układu,
: <math>\times</math> – [[iloczyn wektorowy]],
: <math> \phi</math> – kąt między osią obrotu a kierunkiem prędkości.

== Przyczyny i skutki ==
Siła Coriolisa powoduje odchylenie od linii prostej toru ruchu ciała, poruszającego się w układzie obracającym się (np. Ziemi lub płaskiej tarczy). Ponieważ Ziemia obraca się z zachodu na wschód, zatem siła Coriolisa powoduje odchylenie w kierunku zachodnim toru ciała poruszającego się po powierzchni Ziemi ku [[równik]]owi (oddala od osi obrotu), a w kierunku wschodnim (przybliża do osi obrotu), gdy ciało porusza się w stronę [[Biegun geograficzny|bieguna]], czyli ku miejscu przechodzenia [[oś obrotu|osi obrotu]] Ziemi.

W drugim szczególnym przypadku na Ziemi siła Coriolisa powoduje odchylenie swobodnie spadających ciał w kierunku wschodnim. Dzieje się tak, gdyż ciało, przybliżając się do osi obrotu, zachowuje swoją dotychczasową prędkość liniową (która jest większa niż dla punktów położonych niżej, obracających się z tą samą [[prędkość kątowa|prędkością kątową]]). Jeśli na równiku postawić wysoką wieżę i puścić z jej szczytu swobodnie kamień, to – przyciągany [[Grawitacja|siłą grawitacji]] – będzie się on zbliżał do powierzchni, która porusza się z mniejszą prędkością liniową niż wierzchołek wieży; zatem spadający kamień „wyprzedzi” powierzchnię Ziemi. Ciała swobodnie spadające odchylają się na wschód wszędzie poza biegunami Ziemi.

Siła Coriolisa nie oddziałuje na ciała pozostające w spoczynku, jak również na ciała poruszające się równolegle do osi obrotu Ziemi (wówczas [[iloczyn wektorowy]] prędkości ciała i prędkości kątowej Ziemi równy jest 0).

== Efekt na Ziemi ==
[[Plik:Coriolis effect10.svg|thumb|240px|Powstawanie cyklonu na półkuli północnej]]
[[Plik:Rita 2005-09-24 0915Z.jpg|thumb|240px|[[Huragan Rita]]]]

Ziemia obraca się wokół swojej osi i dlatego dla ciał poruszających się po powierzchni Ziemi, w jej wodach lub atmosferze występuje efekt Coriolisa. Na północ od równika powoduje on zakrzywienie toru ruchu poruszających się obiektów w prawo (z punktu widzenia poruszającego się obiektu), a na południe – w lewo.

Efekt ten nie jest zazwyczaj odczuwalny, objawia się jedynie przy długotrwałych procesach lub w przypadku ciał poruszających się swobodnie na dużym obszarze ([[pasat]]y, [[prąd morski|prądy morskie]]). A oto przykłady jego wpływu (z punktu widzenia obserwatora poruszającego się wraz z obiektem – wiatrem, rzeką...):
* na półkuli północnej wiatr ma tendencję do skręcania w prawo, a na południowej w lewo,
* na półkuli północnej mocniej podmywane są prawe brzegi rzek, a na południowej lewe<ref>{{lang|en}} Dongsheng Yu, [https://web.archive.org/web/20101205083048/http://www.comc.ncku.edu.tw/joint/joint2006/pdf/32%20CEH%2010.pdf ''Analiza wpływu sił Coriolisa na przepływ w estuarium rzeki Jangcy''], referat na sympozjum w Uniwersytecie Cheng Kung, Tajwan.</ref><ref>N.V. Makarova, V.I. Makarov, T.V. Sukhanova, ''Ratio between erosion and tectonic processes in platforms and mountainous regions'', „Moscow University Geology Bulletin”, vol. 63, nr 5 (2008).</ref>,
* na półkuli północnej [[cyklon]]y poruszają się odwrotnie do ruchu wskazówek zegara, a na południowej zgodnie z nim,
* na półkuli północnej [[antycyklon]]y poruszają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a na południowej odwrotnie do ruchu wskazówek zegara,
* płaszczyzna, w której porusza się wahadło, ulega skręceniu na półkuli północnej w prawo, a na południowej w lewo.

Jeśli z określonego miejsca na półkuli północnej zacznie przemieszczać się ku biegunowi masa powietrza, to napływa ona nad obszary o malejącej prędkości liniowej i będzie w stosunku do nich napływać nie z południa, lecz z południowego zachodu. Z punktu widzenia obserwatora na Ziemi wygląda to, jakby na powietrze działała siła skierowana z zachodu na wschód. Tą pozorną siłą jest właśnie siła Coriolisa.

Efekt Coriolisa musi być także brany pod uwagę przez artylerzystów, osoby sterujące lotem samolotów, rakiet itp.

== Przykłady ==
* Ciało upuszczone ze szczytu [[Wieża Eiffla|wieży Eiffla]] (wysokość 273&nbsp;m z najwyższego tarasu) spadnie przesunięte o 6,5&nbsp;cm na wschód (nie uwzględniając innych [[siła|sił]])<ref group="uwaga">Przy spadku swobodnym siła Coriolisa zmienia się w czasie, więc przesunięcie określa wzór ([http://hepweb.ucsd.edu/ph110b/110b_notes/node14.html wyprowadzenie]):
:: <math>s = \frac{\omega \cos \varphi }{3} \sqrt\frac{8h^3} g</math>

gdzie:
: <math>\varphi</math> – szerokość geograficzna.</ref>.

* Pocisk wystrzelony z 50 stopnia szerokości geograficznej północnej lecący z przeciętną prędkością poziomą 1800 m/s w kierunku południkowym (na północ lub na południe), w ciągu 20 sekund lotu (na 36 km) zboczy o około 40 metrów od celu, nie uwzględniając wpływu wiatru, [[ruch obrotowy|ruchu obrotowego]] pocisku, zmiany sił działających na niego w wyniku zmiany kierunku ruchu<ref group="uwaga">Przesunięcie przy poziomym ruchu wzdłuż południka określa wzór ([http://www.fas.harvard.edu/~eps5/homeworks/ps5_solutions.pdf źródło]):
:: <math>s = \frac{\omega l^2 \sin \varphi}{v}.</math></ref>.

== Zobacz też ==
{{Commons|Coriolis effect}}
* [[fale Rossby’ego]]
* [[lewoskrętność]], [[prawoskrętność]]
* [[parametr Coriolisa]]
* [[siła Coriolisa-Stokesa]]
* [[siła odśrodkowa]]
* [[transwersalna siła bezwładności]]

== Uwagi ==
{{Uwagi}}

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Bibliografia ==
* B. Jaworski i in., ''Kurs fizyki'', t. 1, [[Wydawnictwo Naukowe PWN|Państwowe Wydawnictwo Naukowe]], Warszawa 1971.
* [[Andrzej Januszajtis]], ''Fizyka dla politechnik'', PWN, Warszawa 1977.
* {{cytuj książkę | imię = Andrzej Kajetan | nazwisko = Wróblewski | autor link = Andrzej Kajetan Wróblewski | imię2 = Janusz A. | nazwisko2 = Zakrzewski | autor link2 = Janusz Zakrzewski | tytuł = Wstęp do fizyki | wydawca = [[Wydawnictwo Naukowe PWN|Państwowe Wydawnictwo Naukowe]] | miejsce = Warszawa | rok = 1984 | isbn=83-01-01359-1 | odn=tak}}

{{Mechanika klasyczna}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Mechanika obrotowa]]
[[Kategoria:Meteorologia dynamiczna]]
[[Kategoria:Zjawiska fizyczne]]