معلومات عن ظاهرة كوريوليس

فهم ظاهرة كوريوليس يمكن أن يساعد في تفسير حركات الأجسام على سطح الأرض، ويمكن أن تكون مفيدة لخبراء الأرصاد الجوية وغيرهم، وتساعد بشكل كبير على توقع حركة الأعاصير والرياح في جميع أنحاء الكرة الأرضية .

تعريف ظاهرة كوريوليس

قوة كوريوليس” أو “ظاهرة كوريوليس” في الميكانيكا الكلاسيكية هي قوة ذاتية القصور، وقد تم وصفها في عام 1835 من قبل العالم الفرنسي جوستاف جاسبارد كوريوليس. تستخدم هذه القوة عندما تكون قوانين نيوتن العادية لحركة الأجسام قابلة للاستخدام في إطار مرجعي دوار. وبناء على ذلك، يجب أن يتم إدراج “قوة القصور الذاتي” على الجانب الأيمن من اتجاه حركة الجسم لتتناوب في اتجاه عقارب الساعة بالنسبة للإطار المرجعي، أو على الجانب الأيسر لتتناوب في الاتجاه المعاكس لعقارب الساعة بالنسبة للإطار المرجعي، بمعدلات الحركة .

قوة كوريوليس

تعد قوة كوريوليس نوعًا من القوى الزائفة التي توجد في جميع الأجسام الدوارة، ولتصور هذا النوع من القوة، يمكننا تخيل قرص دوار (فونوجراف)، يحتوي على سطح أملس، وكتلة ناعمة تتحرك عليه (مثل انزلاق القصور الذاتي) .

هذه الكتلة لا تمتلك قوى حقيقية ثابتة في فضاء القصور الذاتي ، وبالرغم من هذا فإن المنصة تتمكن من الدوران تحتها ؛ وهذا يُفسر بأن الكتلة تسير بشكل منحنٍ ، ويكون هذا الانحناء في الاتجاه المعاكس لحركة المنصة ، وبهذه الحركة المنحنية ، وتسارعها فإنها تُظهر بوجود قوة ما تؤثر على عملها ، وهذه القوة هي قوة كوريوليس الزائفة .

قوة كوريوليس على سطح الأرض

من أهم الأمثلة التي تُظهر قوة كوريوليس الزائفة على سطح الأرض هو بندول فوكو ” Foucault pendulum ” الذي يتواجد في متاحف العلوم ؛ حيث تم تعليقة من كابل طويل ، مع وجود علامات مُحددة لتتمكن من إظهار المستوى البطيء للحركة ، كما أن تناوب مستوى الحركة تسبب في وجود قوة كوريوليس .

تأثير قوة كوريوليس

يمكن تخيل تأثير القوة “تأثير كوريوليس” Coriolis Effect بسهولة عن طريق تصور تأرجح البندول فوق القطب الشمالي، حيث تبقى خطة حركتها ثابتة في الفضاء الثابت حيث يتحرك الأرض تحتها مرة واحدة في اليوم .

في المنطقة الجنوبية لها، أو في الخطوط العرض الأدنى، يكون تأثيرها ذا دقة عالية مقارنة بالحالات الأخرى، وعلى الرغم من ذلك فإنها لا تزال موجودة .

في حال إطلاق قذيفة من نصف الكرة الأرضية الشمالي باتجاه النصف الجنوبي، فبالنظر إليها من الفضاء فإن القذيفة تحتوي على مكون خاص بالسرعة في اتجاه الشرق، وأيضا تحتوي على مكون للسرعة في اتجاه الجنوب؛ وذلك بسبب ثبات البندقية التي تطلق القذيفة على سطح الأرض، وتحركها باتجاه الشرق مع حركة دوران الأرض في لحظة إطلاق القذيفة .

وبالرغم من هذه المعطيات ، وإطلاق القذيفة باتجاه الجنوب ؛ فإن القذيفة تهبط عند نقطة على خط عرض قريب من خط الاستواء ؛ ويُفسر ذلك بأن تحرك الأجسام ، والكائنات باتجاه الجنوب إلى خط الاستواء ؛ فإن السرعة العرضية الخاصة بسطح الأرض تتزايد ؛ وذلك بسبب دوران الكرة الأرضية ، وأن سطحها يكون بعيدًا عن محور الدوران .

على الرغم من احتواء القذيفة على مكون خاص بالسرعة في اتجاه الشرق في الفضاء الخارجي، فإنها تهبط في المكان الذي يتم فيه احتساب عنصر السرعة في الشرق بشكل أكبر على سطح الأرض .

استنادًا إلى ذلك، فإن مراقبة حركة القذيفة من الفضاء تظهر انحناء القذيفة قليلاً نحو الغرب، وإذا تم إطلاق القذيفة نحو الشمال فسوف تنحني قليلاً نحو الشرق، ويعود ذلك إلى قوة كوريوليس .

قوة كوريوليس في الفضاء

من أبرز الأمثلة على قوة كوريوليس هي النقطة الثابتة في الفضاء ؛ حيث تتحرك قطعة الهواء في خط مستقيم ، وتُعرف هذه القوة التي تظهر على حركة السائل في  هذه الحالة في الهواء باسم ” تأثير كويوليس ” ؛ وينتج عن هذا التأثير ميل الهواء إلى الدوران في الاتجاه المعاكس لعقارب الساعة حول نظام الضغط المنخفض واسع النطاق ، وفي اتجاه عقارب الساعة حول نظام الضغط العالي واسع النطاق في النصف الشمالي من الكرة الأرضية ، بينما يكون في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية في الاتجاه المعاكس للتدفق .

تحليل اتجاهات قوة كوريوليس

يشرح تحليل تأثير قوة كوريوليس نفس التحليل الذي يُطبق على بندول فوكو ” Foucault pendulum ” ، ولماذا يميل مستوى الحركة الخاص به إلى الدوران في اتجاه عقارب الساعة في جميع المناطق الموجودة في النصف الشمالي من الكرة الأرضية ، ويميل مستوى حركته إلى الدوران في الاتجاه المعاكس لعقارب الساعة في جميع المناطق الموجودة في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية .

وذلك بأن جميع العواصف والأعاصير تدور في الاتجاه المعاكس عند وجودها في أي من نصفي الكرة الأرضية، سواء الشمالي أو الجنوبي، وذلك بفعل قوة كوريوليس `Coriolis force`، حيث يتحرك الهواء في جميع الاتجاهات نحو المناطق التي تحتوي على `منخفض الضغط المركزي` .

في نصف الكرة الشمالي للأرض، يتحرك الهواء من الجنوب إلى الشرق بانحراف، بينما يتحرك الهواء من الشمال إلى الغرب بانحراف. ونتيجة لهذا التأثير، تكتسب الأعاصير حركة دورانية عكس اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي وحركة دورانية مع اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي .

علاقة قوة كوريوليس بالطرد المركزي

: يشير هذا إلى أن سرعة الدوران تتغير على الكرة الأرضية؛ حيث تزداد السرعة عند الاقتراب من خط الاستواء وتنخفض عند الاقتراب من القطبين. وبالتالي، يتحرك الأجسام الموجودة على خط الاستواء بدون أي انحراف، في حين أن الأجسام المتحركة باتجاه القطبين ستنحرف وتزداد انحرافا كلما اقتربت من القطبين، وهذا يدل على وجود قوة جاذبية. كما أن تسارع الطرد المركزي يتأثر بالسرعة المتجهة إلى الغرب أو الشرق، مما يؤدي إلى زيادة الوزن والانحدار للأجسام التي تتحرك إلى الغرب، وارتفاع الأجسام التي تتحرك إلى الشرق .

تعد خطوط العرض المرسومة بشكل أفقي ومستقيم في معظم الخرائط العالمية للكرة الأرضية دوائر على سطح الكرة، وتصغر حجمها عند اقترابها من القطبين. وعند محاولة رسم مسار حركة الأقمار الاصطناعية على خريطة الكرة الأرضية، فإن مساراتها تظهر في شكل منحنيات بسبب أن الأرض كروية وأن أقصر مسافة بين نقطتين على الكرة لا تكون مستقيمة .