科里奥利力
科里奥利力pseudoforce运行在所有旋转框架。的一种方法设想想象一个旋转平台(如旋转木马或唱机转盘)光滑表面和光滑块滑动惯性在它。,没有(真正的)力量作用于它,在一条直线在恒定速度在惯性空间。然而,平台旋转之下,所以,一个观察者在讲台上,块似乎遵循一个弯曲的轨迹,在相反的方向弯曲运动的平台。由于运动是弯曲的,因此加速,出现,观察者,操作的力量。pseudoforce称为科里奥利力。
科里奥利力也可能观测到地球表面。例如,许多科学博物馆有一个钟摆,称为傅科摆,暂停很长电缆标记,以表明其平面运动的旋转缓慢。飞机的旋转运动是由科里奥利力引起的。效果是最容易想象想象钟摆摆动的正上方北极。飞机的运动仍然存在静止的在惯性空间中,而下面地球每天自转一次。
在低纬度地区,是一个更微妙的影响,但它仍然存在。想象一下,在北半球,a弹正南方。从惯性空间,弹丸最初有向东的组成部分速度作为南组件因为枪开火,这是静止的地球表面,向东移动与地球自转即时解雇。然而,由于南方被解雇,这土地以略低的纬度,接近赤道。作为一个南移动,向赤道,切向地球表面由于其旋转速度增加,因为表面是远离轴心旋转。因此,尽管弹丸速度的向东组成部分(在惯性空间中),它到达地球表面的地方有一个更大的速度向东组件。因此,在地球上的观测者,抛物曲线似乎稍微向西。西曲线是由于科里奥利力。如果弹发射,它似乎曲线向东。
相同的分析应用于傅科摆解释了为什么飞机的运动往往以顺时针方向旋转在北半球和南半球的逆时针方向。风暴,被称为飓风倾向于在每个半球相反的方向旋转,也由于科里奥利力。空气在各个方向向低压中心。在北半球,空气从南偏东,虽然空气从北方移向西偏。这种效应会给飓风在北半球逆时针环流。在南半球,气旋往往在顺时针方向传播。
旋转的陀螺和陀螺仪
(上)显示一个加权轮rim最大化惯性矩我这是旋转角频率ω在水平轴两端的支持。如图所示,它的角动量l沿着x方向等于Iω。现在假设的支持点P删除,使得轴一端只支持(、中)。重力,作用于质量轮,就好像它是集中的质量中心,适用于轮上的向下的力。然而,车轮不下降。相反,轴仍(几乎)水平,但从上面看到的逆时针方向旋转(,底部)。这种运动称为陀螺旋进。
水平旋进发生在这种情况下,因为引力的结果转矩与尊重的悬架,这样τ=r×F,最初是在积极的一面y方向。转矩引起的角动量l朝着那个方向根据τ=dl/dt。因为τ垂直于l,它不改变角动量的大小,只有它的方向。旋进收益,转矩保持水平,和角动量向量,不断地重定向的扭矩,执行匀速圆周运动在水平面频率Ω,旋进的频率。
在现实中,运动是一个更复杂的比在水平面一致进动。当支持P被释放,质量中心最初的轮下降略低于水平面。这种下降降低了重力势能的系统,释放动能轨道运动的质量中心,因为它绕着。它还提供了一个小的组成部分l在负z方向,在积极的平衡角动量z轨道运动的方向,结果质量的中心。不可能有净角动量在垂直方向,因为没有组件的扭矩在那个方向。
一个并发症:最初的质量中心的携带它为稳定的旋进飞机太多,超出后,它会弹回来。这在进动产生上下振动,称为章动(“点头”)。在大多数情况下,章动迅速衰减摩擦在轴承,使统一的旋进。
一个旋转的前经历了所有上述动作。如果它最初设置与垂直轴旋转,将几乎没有扭矩,角动量守恒的轴垂直的很长一段时间。然而最终,摩擦接触的时候需要大规模降低本身的中心,这只会发生,如果轴倾斜。旋转也会慢下来,使倾斜过程更加容易。一旦倾斜,重力产生一个水平扭矩导致自旋进动轴。的后续运动取决于接触点是固定的还是可以自由滑动的水平面。巨大的书籍已经写在顶部的运动。
一个陀螺仪是一个装置,目的是抵制变化的轴旋转的方向。目的通常是通过最大化其惯性矩的旋转轴和旋转的最大实际频率。每一个因素的效应最大化角动量的大小,因此需要一个更大的转矩改变其方向。很一般的扭矩τ角动量,l,旋进的频率Ω(定义为一个向量沿着进动轴的方向由右手定则)是相关的
陀螺仪用于各种各样的用途,包括导航。为此目的而使用陀螺仪惯性制导。陀螺仪是暂停尽可能近的质量中心,因此,重力不适用一个力矩,从而使其进动。陀螺仪往往因此指向一个常数方向在空间,允许车辆的方向准确维护。
一个陀螺仪原理的进一步应用程序可能是见过的春分和秋分的旋进。地球是一个陀螺仪,在其旋转轴每天一次。太阳没有扭矩适用于地球如果地球是完美的球形,但事实并非如此。地球凸起在赤道略。表示在太阳引力的影响,隆起附近(大于远隆起)导致净扭矩对地球的中心。在地球另一边的太阳,净转矩仍在同一个方向。扭矩很小,但持久的。导致地球轴的进动,大约每25800年一个革命。
从地球上看到,太阳穿过赤道平面的每年两次。这些点被称为春分和秋分,春秋天的小时的日光和晚上是相等的。从古代一直知道这一点在天空中太阳赤道的平面相交的地方每年都是不一样的,而是慢慢地飘到西方。这个古老的观察,首先解释了牛顿,是由于地球的轴的旋进。它被称为春分和秋分的旋进。