Coriolisova  sila

Z fyziky rotačného pohybu vieme, že medzi hmotnosťou a momentom zotrvačnosti je rozdiel. Keď sa hmotnosť fyzikálneho systému nemení, jeho moment zotrvačnosti sa môže meniť. Ak by sme sa postavili na podstavec otáčajúci sa bez trenia a v pripažených rukách by sme držali závažie, pričom by sme sa dostatočne rýchlo otáčali, mohli by sme roztiahnutím rúk zmeniť moment zotrvačnosti bez toho, aby sa naša hmotnosť zmenila. Ak to urobíme, začnú sa diať v dôsledku zachovania momentu hybnosti nasledujúce veci: Ak moment vonkajších síl sa rovná nule, tak moment hybnosti musí byť konštantný. Najskôr sme sa otáčali pomerne rýchlo s malým momentom zotrvačnosti a veľkou uhlovou rýchlosťou. Moment hybnosti možno vyjadriť:     L=I₁.w₁

L - moment hybnosti

I - moment zotrvačnosti

w - uhlová rýchlosť

Roztiahnutím rúk sme zmenili moment zotrvačnosti na väčšiu hodnotu I₂. Keďže zo zákona zachovania momentu hybnosti sa moment hybnosti nemení, musí byť uhlová rýchlosť rotujúceho systému menšia. Takže     I₁ . w ₁ = I₂ . w₂

Pre kinetickú energiu rotujúceho telesa platí rovnica: E = 1/2 . I . w²

Pri otáčaní sa s pripaženými a roztiahnutými rukami nemôžeme pre kinetickú energiu rotujúceho systému písať rovnosť, pretože platí : I₁ . w ₁ = I₂ . w₂

a nie   I₁ . w²₁ = I₂ . w²₂

Pretože E₁ = 1/2 .I₁ .w₁² = 1/2 . L. w₁    a  E₂ = 1/2 .I₂ .w ₂² = 1/2 . L. w ₂

Musí platiť, že prvá uhlová rýchlosť je väčšia než druhá a teda kinetická energia E₁ je väčšia ako E₂ . Keďže sa zmenil stav musí platiť, že každá zmena stavu je spojená s konaním práce:

E = W             E - zmena kinetickej energie ( menšia ako nula)

                           W - práca, ktorú systém vykonal pri posunutí závažia smerom od stredu

Pri roztiahnutí rúk musí na telo ( fyzikálny systém ) pôsobiť brzdiaci moment sily. Odstredivá sila nemôže pôsobiť žiadnym momentom, lebo je to radiálna sila. To znamená, že odstredivá sila nie je jedinou silou, ktorá sa vytvára v rotujúcom systéme, je tu ešte iná sila. Táto sila sa volá Coriolisova sila a má veľmi divnú vlastnosť. Keď totiž niečím pohybujeme v rotujúcom systéme vzniká tlak nabok. Podobne ako odstredivá sila, je to pseudosila. Keď sa nachádzame v rotujúcom systéme a pohybujeme predmetom v radiálnom smere, zistíme, že na to, aby sa skutočne pohybovalo radiálne, musíme ho tlačiť aj nabok. Nuž a práve tento bočný tlak spôsobil spomalenie našej rotácie.

Pre moment Coriolisovej sily platí:

M = F_c . r = dL/dt = d (m.. w . r²)/dt = 2mw r . dr/dt = 2 m w r     

M - moment sily, F_c - Coriolisova sila, r - polomer rotujúceho systému, m -  hmotnosť pohybujúceho sa telesa ( častice), w - uhlová rýchlosť    

v = dr/dt - radiálna alebo tangenciálna(kolmá na polohový vektor) zložka rýchlosti telesa

Po úprave pre veľkosť Coriolisovej sily bude platiť :

F_c = 2mw v

Coriolisova sila nezávisí od polomeru, a je teda prítomná aj v začiatku na osi otáčania. Táto sila má za následok, že pri rotácii systému sa radiálne pohybujúce teleso nepohybuje po priamke, ale po zakrivenej čiare. To znamená, že pohybujúci sa hmotný bod v radiálnom smere v rotujúcom systéme sa môže pohybovať po krivke. Aby sa teleso pohybovala po krivke musí naň pôsobiť sila, ktorá mu dáva zrýchlenie v absolútnom priestore. Coriolisova sila bola tangenciálna(kolmá na polohový vektor), keď rýchlosť hmotného bodu bola radiálna a je radiálna, keď rýchlosť pohybu hmotných bodov je tangenciálna.Tieto úvahy, ktoré sme rozviedli v predchádzajúcich riadkoch sú platné pre pohyb hmotných bodov v rotujúcom systéme, ktorý nemení svoje rozmery a rýchlosť pohybu telies je konštantná. /1/