物理论文：科里奥利现象和傅科摆小论文

《物理论文：科里奥利现象和傅科摆小论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、科里奥利现象和傅科摆小论文PB05000833少年班刘苏我们生活在一个物质的世界，人类从古至今在不停地对身边的一切进行探索，从小的现象得到启发，进而上升到理论，直至推动整个社会的发展。科里奥利现彖和科里奥利力是常常发生在我们的事，傅科摆是科里奥利力的一个重要应用。（-）科里奥利现象和科里奥利力我们现在从一个简单的例子说起。如图1.设在以角速度3沿逆时针方向转动的水平圆盘上，沿同一半径处着两个儿童，童A靠外，童B靠内，二者离转轴0的距离分别为Va和Vb，童A以相对丁•圆盘的速度W沿半径方向向童B抛出一球。如果圆盘是静止的，则经过一段时间（Va—W）/V'后，球会到达童

2、B,但结果是球到达了童B转动的询方一点氏，对这个现象可如下分析，由于圆盘在转动，故球离开童A的手时，除了具有径向速度V，外，还具有切向速度V（a，而童B的切向速度为Va山于童B的位置靠近岡心，所以V（a>VlB,在垂直于AB的方向上，球运动得比B远些。这是在盘外不转动的惯性系观察到的悄形。对丁•以圆盘为参考系的B,他只看到A以初速度向他抛来一球，但球并未沿直线到达他，而是向球球运动的前方的右侧偏去了，这一结果的分析发现，地球在具有径向初速度W的同时，还具有了垂直于这一方向1何向右的加速度"，应用牛顿第二定律对于加速度的解释，既然球出手后在水平方向上没有受到“真实力"

3、的作用，那么球一定受到了一个垂直于速度V，而向右的惯性力Feo这种在转动参考系屮观察到的运动物体（Itl于转动参考系屮各点的线速度不同而产牛）的加速现象中科里奥利效应，产牛此效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。利用此例可导岀科里奥利力的定量公式。以转动系为参考系，球从A到达B，的时间是At-（Va—Vb）N，°在时间内球偏离AB的距离BB'=（VlA-VlB）△t'=3（VA-VB）Af=（Af）2,在很小的情况下，可以认为沿BB，的运动是匀加速运动而初速为0,以才表示以加速度应用BB'=l/2a'（Af）2,与上一结果比较可得:a,=2V,co0在此转动参考系内形式地

4、应用牛顿第二定律，可得科里奥利力人小为Fc=ma,=2mV^o在此例中，圆盘沿逆时针方向转动，科里奥利力方向指向质点运动的右方。同理，如果圆盘沿顺时针方向转动，则科里奥利力的方向指I句质点运动的左方。一般地可以证明，当质量为ni的质点相对于转动参考系（角速度矢量为3）的速度为V时,则在转动参考系内观察到的科里奥利力为Fc=2mVX0）。（1）转动参考系上物体运动时受另一种惯性力（科里奥利力）的作用现象是法国一位丁程师和物理学家科里奥利发现的。我们的地球就是一个转动参考系，所以在地面上运动的物体一般都受科里奥利力的作用。1851年，法国科学家傅科做了一个著名的实验，他

5、从巴黎葬院的穹顶上悬挂了一副67米长的绳索，下面用着一个28公斤重的摆锤。随着每一次摆动，地上巨大的沙盘便留下摆锤运动的痕迹，令观摩者相顾惊诧的事悄发生了，这只大摆没有始终按一条直线来冋往复，而是经过一段时间后，摆动方向偏转了很大角度，傅科宣布：“我们看到了地球的转动。’'假如这个实验在北极做，傅科摆一昼枚便会转过360度，而在赤道上，摆动就不会发生偏转。（二）用科里奥利力解析傅科摆卜-而用科里奥利力向大家详细介绍一下有关傅科摆的问题。傅科摆是法国物理学家傅科(J.B.L.Foucault)1851年在巴黎万神殿的鬪拱屋顶上悬挂一个氏约67米的人单摆，发现在摆的过程

6、屮，摆动平面不断作顺时针方向的偏转，从而证明地球是在不断白转的。上而已经说明，在一般情况下，科里奥利力的公式为：f^=2mV><3(2)>v:转动系的角速度欠量，⑷的方向为转轴重合，指向按右手螺旋法则规定。对于北半球A点的傅科摆來讲当摆在A点冇任意速度V时，其速度均口J分为三个分量，径向分量vr,角向分量Ve,轴向分量V//.对于Vr：根据公式，可知其受到的科里奥利力为：fCr=2m片XG，其人小为2mv:.o,方向为沿y轴正方向.对于VX,其大小为2mvw，方向为沿x轴的正方向.对于V〃:因为V”与3的方向夹角为0,所以其不

7、受科里奥利力的作用。则小球受到的科里奥利力为：fc~fcr+⑶图8:傅科摆摆面轨迹并且该力肯定会在这样的一个平面上，这个平面是由V和3的方向所组成的平面，并且与速度V垂直.如果对V整体來分析，因为V不与Z轴平行，所以必受科里奥利力的作用•其所受科里奥利力•的方向垂肓于一个平而，这个平面是由V和3的方向所组成的平而.所以fc垂直于V,使V发生偏转.在小球摆动的平血上，小球的运动就成为图8示。傅科摆的摆而轨迹，由于初条件不同，会有两种不同的摆动，会别如图9,10所示。图9：以一定初速从平衡位出发图10:偏离平衡位翼.从静止出发卜•面我们來计算傅科摆摆面进动的角速度Q