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图 2-29
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得质点在S系中的角向加速度
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和角向真实力
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回到S′系,便有
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地球是匀速旋转非惯性系,某些自然现象可以在这一参考系中通过科里奥利力得到解释.将图2-28设想成从北极高空所得的北半球俯视图,从北向南的河流中河水有图示的径向速度,对应的科里奥利力FCor(r)指向河床右岸,平衡此力的必定是右岸对河水的真实推力Fθ,河水对右岸的反作用力形成了可观察到的河床右岸受较强冲刷的现象.北半球纬度较低处,在夏季常能形成低压中心区域,周围空气就会流向这一区域,据(2.27)式,气流受到的科里奥利力总是指向气流速度v′方向的右侧,气流因此旋转,形成逆时针方向旋转的强热带风暴,如图2-30所示.在南半球,强热带风暴则是顺时针方向旋转的.
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图 2-30
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北半球的单摆摆球在图2-31的P处,假设具有摆动速度v′,因受科里奥利力的作用,摆球速度v′要沿图示曲线偏转,于是由v′方向表征的摆平面也将顺时针方向偏转.一般尺寸的单摆,因受各种阻尼作用,摆平面不会偏转.法国物理学家傅科(J. B. L. Foucault)于1851年在巴黎伟人祠的圆拱屋顶下悬挂一个长约67m大单摆,阻尼作用可以相对略去,观察到摆平面经32h(小时)旋转一周.从此,这样的摆称为傅科摆.傅科摆也可从运动学关系简单解释.例如悬挂在北极处的单摆,从地球中心系(惯性系)观察,摆平面不动,地球在逆时针方向旋转,于是摆平面相对地面便是顺时针方向旋转,周期为24h.运用球面几何知识,可以导得在纬度ψ处,摆平面旋转周期为
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图 2-31
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例10 如图2-32所示,半径R的水平圆盘绕通过盘中心O的竖直轴以角速度ω匀速旋转.盘上的射手站在边缘A处相对于盘以水平速度v0发射子弹,目标是直径AB的另一端随盘一起旋转的等高点B.设ω恒定不变,ωR≪v0,重力和空气阻力均可略,为击中B,试求发射方向与直径AB间的夹角θ,并确定子弹相对圆盘的轨迹线.
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图 2-32
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解 ωR≪v0,离心力可略,科里奥利力
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