269@365地转偏向力的形成原因(看得懂的正解)
(2016-10-01 18:01:43)
标签:
地转偏向力
地理
地球运动
水平运动的偏转
形成原因
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分类:
^思·学^
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一直为“地转偏向力是如何形成的”这个问题所困扰,尤其是在每年上高一有学生问起时。通常我们会跟学生简单解释为"这是科学家假想的力,记住结论就行了。”敷衍但心有不甘。如果解释深入一点又确实自己也不清楚,即使在网上翻查各种资料,大多两钟情形:一是太复杂宝宝看不懂;二是大多只解释了运动方向沿经线时所产生的偏转,而没有解释沿纬线运动方向的偏转。郁闷了!
今天终于一鼓作气,找到了一个相对可以理解的解释,同大家做一个分享。
地转偏向力,我们认为是一种“惯性力”,是沿地表水平运动的物体保持原有运动方向而产生的运动方向偏差。首先要说明的是,地转偏向力向右是在北半球,在南半球则都向左(向右向左都是相对于前进方向来说的)下面说的都是北半球的情况。
1.假设物体沿经线方向南北运动:
由于地球表面各纬度的自转线速度不同,纬度低线速度大,纬度高线速度小。假设物体从南往北做水平运动,即是从低纬度向高纬度运动。由于物体在地表运动时会有与地表相同的线速度,所以可以将物体的运动看做两个方向的运动合成:一是主动的从南向北运动;二是由线速度(自转)所带来的自西向东运动。从线速度来看,该物体在南时拥有的线速度大,而北边线速度小,因此物体由南向北运动时,显得比同经度北边线速度“超前”(更快),使得物体到北边时位置偏东(物体运动方向的右边)。如果从北向南运动也一样,由线速度慢的地方(高纬)到线速度快的地方(低纬),线速度“滞后”了,前进方向上也就偏西(右偏)了。
2.假设物体沿纬线方向东西运动:
首先,物体沿纬线方向的水平运动,可以看做是圆周运动。从受力来看,由于万有引力(指向地心),物体在地表的万有引力可以分为两种力:一是指向垂直于地面的重力(重力加速度随纬度增大而增大),一是圆周运动指向圆心(纬线圈中心)的向心力。(F向心力=mv2/r,
m为质量,v为速度,r为纬线圈半径)
如果物体在地面静止不动,则物体随地球具有相同的自转线速度(自西向东),向心力和重力是相对稳定的。但是如果物体运动,则这种稳定就会被打破。
这里要分两种情况讨论,1:由西向东,2:由东向西。
情况1,物体自西向东运动,与自转线速度方向相同从而使F向心力公式中v变大,F向心力变大。然而同一物体万有引力的大小是固定的,所以会导致重力减少来平衡,于是会产生向低纬偏转的趋势(右偏)。也可以用力的合成来理解。相反情况2,物体自东向西运动,与自转线速度方向相反从而使F向心力公式中v变小,F向心力变小。由于万有引力固定,所以会导致重力增大来平衡,于是物体表现出向高纬偏转的趋势(右偏)。
因此,北半球水平运动的物体总体表现为向右偏转的特点。
南半球可同理分析。
3.赤道不受地转偏向力正是因为地心正好就是纬线圈旋转的圆心,重力和向心力二者方向重合了。所以不偏转。
最后,南北两极地转偏向力最大。
上述解释如有不当,欢迎讨论。
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