ظاهرة كوريوليس
تعتبر دراسة ظاهرة كوريوليس في الفيزياء والأرصاد الجوية ضرورية جدا لفهم القوى التي تتدخل في حركة دوران الأرض وتأثيرها، وذلك باستناد إلى موقع الكوكب .
تأثير كوريوليس هو قوة تنتجها حركة دوران الأرض في الفضاء، وتغير مسار الأجسام المتحركة على سطح الأرض إما نحو اليمين إذا كانت في نصف الكرة الشمالي، أو نحو اليسار إذا كانت في نصف الكرة الجنوبي، وتعرف هذه القوة بقوة كوريوليس، وتتألف من مكونين، الأول هو مكون مماسي والآخر هو مكون شعاعي، وهما مرتبطان بحركة الجسم، ويرمز لقوة كوريوليس بالرمز F .
القوة الكارولية
- تتضمن القوة الكارولية تأثير كوريوليس، وهذه القوة تؤثر على الكتل الهوائية والمائية في نظامنا البيئي، وتؤثر أيضا على الأشياء التي يتم إلقاؤها في مسار بواسطة الماء أو الهواء .
- تفسر هذه الظاهرة أيضًا تشكل وتحرك الأعاصير في نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي، والتي تساعد على منع الآثار السلبة التي يمكن أن تسببها هذه الظواهر على الطبيعة .
- تأثير كوريوليس أو قوة كوريوليس هو ظاهرة طبيعية تحدث بسبب دوران الكوكب، حيث تتحرك الأجسام الملقاة أو المسقطة في اتجاه مستقيم، إلى اليسار أو اليمين، وذلك بناء على نصف الكرة الأرضية التي تقع فيه، ويفسر ذلك تحرك الكتل الهوائية في اتجاه واحد وحدوث العواصف التي تدور في اتجاه واحد في نصف الكرة الشمالي والجنوب .
العالم الذي اكتشف قوة كوريوليس
- العالم الذي اكتشف تأثير كوريوليس هو غاسبارد غوستاف، وهو مهندس وعالم رياضيات فرنسي الأصل، ولد في باريس عام
- كان هذا العالم أستاذًا للتحليل الهندسي والميكانيكا العامة في المدرسة المركزية للفنون والتصنيع، وقد قام بتطوير العديد من الأبحاث المتعلقة بالمعادل التفاضلية للحركة الدورانية والقوة الميكانيكية والطاقة الحركية خلال حياته، ونشر العديد من مقالاته في قاموس الصناعة .
- توفي غاسبار-غوستاف دي كوريوليس في باريس في التاسع عشر من سبتمبر عام 1843.
تاريخ تأثير كوريوليس
- ظهر تأثير كوريوليس لأول مرة في عام 1835 في مقالة عالم الرياضيات والمهندس الفرنسي غاسبارد جوستاف دي كوريوليس عن معادلات الحركة النسبية لأنظمة الجسم .
- تم تقديم تأثير كوريوليس في المقالة كقوة طرد مركزي لجسم متحرك بالنسبة إلى نظام مرجعي دوار، ويستند البحث على تحليل الطاقة الكامنة والحركية في الأنظمة الدوارة .
- تم إدخال مصطلح قوة كوريوليس في أدبيات الأرصاد الجوية وعلوم المحيطات في نهاية القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين، ويُعرف هذا التأثير باسم قوة كوريوليس، وهناك أمثلة عديدة على هذا التأثير .
استخدامات قوة كوريوليس
- توجد استخدامات متعددة لقوة كوريوليس في البيئة، ولذلك فإن معرفة هذه القوة تساعدنا على فهم بعض الظواهر الطبيعية .
- في المحيط، يؤثر تأثير كوريوليس على جعل التيارات ليست موازية للرياح، ولكنها تنحني بزاوية .
- عند حركة الجبال الجليدية، يؤثر تأثير كوريوليس على مسارها إلى اليمين أو اليسار، اعتمادًا على نصف الكرة الأرضية الذي تتواجد فيه .
- تؤثر قوة كوريوليس على تكوين السحب والرياح في الغلاف الجوي، مما يسبب حدوث العواصف .
- تؤثر قوة كوريوليس على جهاز قياس التدفق الكتلي، وهو جهاز يقيس تدفق كتلة السائل وينتج قوة عمودية في كلا الاتجاهين، مما يسمح بقياس اهتزاز واتجاه التيار .
أمثلة على قوة كوريوليس
الأمثلة على قوة كوريوليس متعددة، وسوف نذكر مثالين هما يلي:
يتعلق الأول بالمقذوفات والثاني باتجاه المياه في نصف الكرة الأرضية، وتحديدًا في الإكوادور .
ففي مجال المقذوفات تتأثر المقذوفات أيضًا بتأثير كوريوليس اعتمادًا على المسافة التي يجب أن تقطعها القذيفة إلى هدفها ، فإذا كانت المسافات التي يجب أن تغطيها رصاصة قصيرة ، فإن الرصاصة ستخرج في خط مستقيم ولن يكون انحرافها كبيرًا بالنسبة للقذيفة التي أطلقها قناص على بعد كيلومتر واحد ؛ أو أكثر وإذا كنا نشير إلى صاروخ أطلق ليغطي عدة كيلومترات قبل أن يصل إلى هدفه ، وإذا تم إطلاق هذا الصاروخ من نصف الكرة الشمالي وسيكون ميله إلى اليمين ، وإذا كان في نصف الكرة الجنوبي إلى اليسار .
- في مجال الطيران، تتأثر الطائرة التي تسير في خط مستقيم إلى وجهتها بقوة كوريوليس، لذا يجب على القائد تعديل مسار الطائرة بشكل دوري بناءً على الاتجاه الذي تتقدم فيه هذه القوة .
- تتأثر أنماط الطقس مثل الأعاصير والرياح التجارية بشكل كبير بتأثير قوة كوريوليس.
تأثير كوريوليس على الكواكب الأخرى غير الأرض
تؤثر القوة التأثيرية لكوريوليس على الكواكب الأخرى غير الأرض بحيث يدور الأرض ببطء نسبياً وعلى نطاق قصير، وبسبب هذا الدوران البطيء للأرض، فإن قوة التأثير الكوريوليس ليست كافية لتكوين سرعات بطيئة على مسافات قصيرة مثل تصريف المياه في حوض الاستحمام.
يتمتع كوكب المشتري بأسرع دوران في النظام الشمسي، مما يعني أن تأثير كوريوليس يؤثر فعليًا عليه .
تأثير كوريوليس في أحواض المنزل
- تتأثر حركة السوائل في أحواض المنزل بتأثير كوريوليس، وتعتمد هذه الحركة على تصميم الشركة المصنعة للمرحاض أو البركة السباحة .
- يمكن مراقبة تأثير كوريوليس دون الحاجة إلى الوصول إلى صور الأقمار الصناعية للأعاصير، حيث يمكن ملاحظة تأثير كوريوليس عندما يجلس الشخص مع بعض الأصدقاء في دوامة دوارة ويرمون الكرة ذهابًا وإيابًا .
- عندما لا تدور الدوامة، يكون دفع الكرة إلى الأمام والخلف أمرًا بسيطًا ومباشرًا، ولكن عندما تدور الدوامة، فإن الكرة لن تتحرك بسهولة وستواجه مقاومة كبيرة، وعندما تتحرك الكرة بانتظام، ستنحرف إلى اليمين أو اليسار .
- في الواقع، تتحرك الكرة في خط مستقيم، ويمكن للصديق الذي يقف بالقرب من الدوامة أن يخبر أصدقائه في لعبة الدوامة أن الكرة تخرج عن المسار أثناء وجودها في الهواء .
تأثير كوريوليس على الرياح
- تأثير كوريوليس على الرياح يتمثل في أن العواصف في الشمال تتأرجح عكس اتجاه عقارب الساعة، والعواصف في الجنوب تتأرجح مع عقارب الساعة، وتميل الرياح إلى اليسار .
- تكون قوة كوريوليس هي الأقوى في المناطق القريبة من القطبين الشمالي والجنوبي وغير موجودة على خط الاستواء، وتعتبر الأعاصير بحاجة لقوة كوريوليس لتتشكل وتتطور، ولذلك لا تحدث الأعاصير في المناطق الاستوائية ولا تعبر خط الاستواء أبدًا.
- تعتبر قوة كوريوليس قوة غير مرئية تؤثر على حركة الأجسام الدوارة، وتحدد هذه القوة بناءً على كتلة الجسم وسرعة دورانه، وتبدو وكأنها تحرك الرياح .
- تعمل قوة كوريوليس بشكل عمودي على محور الجسم، حيث تدور الأرض حول محورها من الغرب إلى الشرق، ولذلك فإن قوة كوريوليس تعمل باتجاها شمالاً وجنوباً، ويكون صفر قوة كوريوليس عند خط الاستواء .
- على الرغم من أن قوة كوريوليس تستخدم في المعادلات الرياضية، إلا أنها ليست قوة فيزيائية حقيقية، حيث تتحرك الأرض بسرعة مختلفة عن سرعة جسم في الهواء .