تأثير قوة كوريولوس يحدد الذي تؤثر في الظروف الجوية
- تأثير قوة كوريولوس يحدد الذي تؤثر في الظروف الجوية ، وتأثير كوريوليس في الميكانيكا الكلاسيكية هي قوة بالقصور الذاتي وصفها المهندس والرياضيات الفرنسي غوستاف-غاسبار كوريوليس في القرن التاسع عشر في عام 1835 ، وأظهر كوريوليس أنه إذا كانت قوانين نيوتن العادية لحركة الأجسام ستستخدم في إطار مرجعي دوار وقوة قصور ذاتية ، وتعمل على يمين اتجاه حركة الجسم للدوران في عكس اتجاه عقارب الساعة للإطار المرجعي ، أو إلى اليسار للدوران في اتجاه عقارب الساعة ويجب تضمينها في معادلات الحركة .
- يحدث تحرك جزء من الهواء في خط مستقيم، ويطلق على هذه القوة الظاهرة التي تؤثر على حركة السائل في هذه الحالة اسم تأثير كوريوليس. تتسبب تأثيرات كوريوليس في ميل الهواء للدوران عكس اتجاه عقارب الساعة حول أنظمة الضغط المنخفضة واسعة النطاق، وفي اتجاه عقارب الساعة حول أنظمة الضغط العالية واسعة النطاق في نصف الكرة الشمالية والجنوبية. يتغير اتجاه التيار بسبب هذا التأثير .
- تؤثر قوة كوريوليس في انحراف مسار الجسم المتحرك داخل نظام إحداثيات دوار، وعلى الرغم من أن الجسم لا ينحرف فعليًا عن مساره، إلا أنه يبدو كما لو أنه ينحرف بسبب حركة نظام الإحداثيات .
- يتميز مسار الجسم المتحرك طوليًا على سطح الأرض بتأثير كوريوليس أكثر وضوحًا، حيث يتحرك الجسم على مسار الشمال والجنوب أو الخط الطولي، ويتعرض للانحراف إلى اليمين بشكل واضح في نصف الكرة الشمالي وإلى اليسار في نصف الكرة الجنوبي .
- هناك سببان لهذه الظاهرة وهما أن الأرض دور باتجاه الشرق، وكذلك السرعة العرضية لنقطة ما على الأرض هي دالة لخط العرض فالسرعة هي في الأساس صفر عند القطبين وتصل إلى أقصى قيمة عند خط الاستواء ، وبالتالي إذا تم إطلاق مدفع باتجاه الشمال من نقطة على خط الاستواء فإن المقذوفة ستهبط إلى الشرق من مسارها الشمالي المقرر ، وسيحدث هذا الاختلاف لأن المقذوف كان يتحرك باتجاه الشرق أسرع عند خط الاستواء من هدفه في أقصى الشمال ، وبالمثل إذا تم إطلاق السلاح باتجاه خط الاستواء من القطب الشمالي فإن المقذوفة ستهبط مرة أخرى على يمين مسارها الحقيقي .
- إذا تم إطلاق القذيفة في أي اتجاه، فإن المنطقة المستهدفة ستتحرك في اتجاه القذيفة بسبب سرعتها، وقد يحدث نفس التأثير إذا تم إطلاق القذيفة في اتجاه معين .
- تأثير كوريوليس له أهمية كبيرة في الفيزياء الفلكية والديناميات النجمية ، حيث يكون عاملاً متحكمًا في اتجاهات دوران البقع الشمسية ، كما أنه مهم في علوم الأرض وخاصة الأرصاد الجوية والجيولوجيا الفيزيائية وعلوم المحيطات ، حيث إن الأرض هي إطار مرجعي دوار والحركات على سطح الأرض تخضع للتسارع من القوة المشار إليها .
- وهكذا تظهر قوة كوريوليس بشكل بارز في دراسات وديناميكيات الغلاف الجوي ، حيث تؤثر على الرياح السائدة ودوران العواصف وفي الغلاف المائي ، حيث تؤثر على دوران التيارات المحيطية وهو أيضًا اعتبار هام للغاية في المقذوفات لا سيما في إطلاق المركبات الفضائية والدوران فيها ، في الفيزياء الحديثة ، يظهر تطبيق كمية مماثلة لقوة كوريوليس في الديناميكا الكهربائية حيث يجب حساب الفولتية الآنية المتولدة في الآلات الكهربائية الدوارة بالنسبة للإطار المرجعي المتحرك وهذا التعويض يسمى جهد كريستوفل .
تعريف القوة الكارولية
- تعريف القوة الكارولية هو الكتلة الصفراء التي يمسكها مغناطيس اللعبة تمارس قوة هابطة بسبب الجاذبية والقوة الصاعدة المعاكسة ، من وجهة نظر العلم فإن القوة هي الدفع أو الشد على جسم ذي كتلة يؤدي إلى تغيير سرعته ويسرع من هذه السرعة ، فتمثل القوة حينها كمتجه مما يعني أن لها المقدار والاتجاه.
- عند استخدام المعادلات والرسوم البيانية، يتم الإشارة إلى القوة عادة بالرمز F، كما هو موضح في مثال لمعادلة من قانون نيوتن الثاني
F = م × أ، حيث F هي القوة، وم هي الكتلة، وأ هو التسارع، ووحدة القوة في النظام الدولي للوحدات هي النيوتن (N)، وتشمل وحدات القوة الأخرى
- وصف العالمان جاليليو جاليلي والسير إسحاق نيوتن كيفية عمل القوة رياضيًا. وفي عام 1638، قدّم جاليليو عرضًا مكونًا من جزئين لتجربة المستوى المائل، وأنشأ علاقتين رياضيتين للحركة المتسارعة بشكل طبيعي، وفقًا لتعريفهما. ولقد تأثرت طريقتنا في قياس القوة حتى يومنا هذا من جراء هذه التجارب .
- تنبأ قوانين نيوتن للحركة في عام 1687 بفعل القوى في الظروف العادية، وتستجيب أيضًا للتغييرات التي تحدث، مما يؤسس لميكانيكا الحركة المعروفة .
أمثلة على قوة كوريوليس
- بعد معرفة تعريف القوة الكارولية، سنذكر الآن أمثلة على قوة كوريوليس. فالقوة النووية القوية تحافظ على البروتونات والنيوترونات معا في نواة الذرة، وأما القوة الكهرومغناطيسية فهي مسؤولة عن جذب الشحنة الكهربائية المعاكسة، وتعمل على تنافر الشحنات الكهربائية المماثلة وجذب المغناطيس .
- كما توجد عادة قوى غير أساسية في الحياة اليومية ، تعمل القوة العادية في الاتجاه الطبيعي للتفاعل السطحي بين الكائنات ، فالاحتكاك قوة تعارض الحركة على الأسطح ، وتشمل الأمثلة الأخرى للقوى غير الأساسية القوة المرنة والتوتر والقوى المعتمدة على الإطار كقوة الطرد المركزي وقوة كوريوليس .
نبذة عن ظاهرة كوريوليس
- ظاهرة كوريوليس هي نوع من القوة الوهمية التي تؤثر على جسم يتحرك في اتجاه دوراني ، وتعرف أيضا بتأثير كوريوليس ، وتسمى قوة وهمية لأنها في الواقع لا تمارس أي قوة حقيقية بمفردها ، إنها نتيجة قابلة للقياس لجسم دوار وتلاحظ من خلال قياس الإحداثيات في نظام إحداثيات دوار .
- تعريف قوة كوريوليس هي إحدى القوى الثلاث التي تظهر عند ترجمة قوانين نيوتن للحركة، وتستند إلى فكرة أن المراقب في حالة سكون داخل إطار مرجعي دوار، والقوتان الأخريان هما قوة الطرد المركزي وتأثير أويلر، ويتجلى تأثير قوة كوريوليس بشكل واضح جدا عند مراقبة الأجسام المتحركة على سطح الأرض، وهو الإطار المرجعي الدوار الأكبر الذي يمكن للناس أن يواجهوه.
- وفي النصف الشمالي من الكرة الأرضية وبالتحديد فوق خط الاستواء يمكن ملاحظة الأجسام المتحركة على السطح وهي تنحرف إلى اليمين في نصف الكرة الجنوبي تنحرف الأجسام إلى اليسار بسبب أحداث الأرصاد الجوية كالأعاصير ، والتيارات النفاثة التي هي أمثلة جيدة على الظواهر التي تتأثر بقوة كوريوليس .
من أين أتت شهرة قوة تعريف القوة الكارولية
- أصبحت شهرة تعريف القوة الكارولية قوية بسبب المسلسل التلفزيوني عائلة سيمبسون. في إحدى حلقات المسلسل بعنوان `بارت مقابل أستراليا`، تم استخدام تعريف القوة الكارولية كجهاز مؤامرة. في هذه الحلقة، اندلع نقاش بين شخصيات بارت وليزا حول اتجاه تدفق المياه عند غسل المرحاض، مما دفع بارت لدعوة الجميع لزيارة أستراليا. ووضحت ليزا أنه في نصف الكرة الشمالي، يتدفق الماء دائما في اتجاه عكس عقارب الساعة بسبب تأثير كوريوليس. وهذا النقاش أثار جدلا حادا بين مبتكري المسلسل والحكومة الأسترالية .
- تؤثر قوة كوريوليس على المسطحات المائية الصغيرة مثل الحوض أو المرحاض، فاتجاه تدفق المياه في هذه الحالات يتأثر بشكل أكبر باتجاه دخول الماء إلى الحوض، حيث تتفوق قوة كوريوليس على قوى أخرى مثل التيار الخفيف الناجم عن وضع صنبور المياه .
- ويمكن ملاحظة تأثير كوريوليس بشكل مستقل تماما عن الأرض كإطار مرجعي في الذباب والعث، فمثلا يستفيدون من قوة كوريوليس عند الطيران باستخدام هوائيات خاصة تعرف بـ الرسن أو الجيروسكوبات، فعندما تغير الحشرة اتجاهها في الرحلة، أو تدور حول محورها، تتأثر الرسن المهتز بقوة كوريوليس وتشعر الحشرة بها وتتكيف معها لتحقيق الاستقرار أثناء الطيران .