※ 引述《pptricky (温柔的pp宝宝)》之铭言:
: 想询问两个关于柯氏力在高空与低空相异之处的问题:
: 先附上课文内容:https://imgur.com/M2dWjft
: 1. 为何柯氏力在高空为何会和与气压梯度力达成立平衡?
: 柯氏力与转动贯量守恒有关
: 但气压梯度力应该会与气压差、日照、海陆分布有关
: 那为何在高空两者会达到力平衡?看起来是两个完全没相关的物理量
: https://imgur.com/EIpP5Zc
其实这个平衡不是真的平衡,而是所谓的“近似”
一个空气块在地球的旋转座标中,会受到
1.科式力 2.气压梯度力 3.重力 4.摩擦力的影响
写成方程式就像这样:
DV/Dt=Co+P+g+Fr
DV/Dt:气块的加速度
Co:科式力 P:气压梯度力 g:重力 Fr:摩擦力
在大气科学的领域中,我们会利用一个叫做“尺度分析”的方式去分析每一项的大小,然后我们发现,除了科式力和气压梯度力,其他项都非常小,对数值的影响几乎可以忽略。也就是说,可以将Dv/Dt、g和Fr忽略掉
方程式就会变成:
0=Co+P
就变成课本上讲的科式力会和气压梯度力平衡啦~
这个平衡在大气科学上叫做地转平衡
: 2. 为何靠近地面受摩擦力影响,柯氏力会变小?
: 柯氏力大小与风速无关吧跟转动贯量才有关
: 课本柯氏力公式:https://imgur.com/78ImTW8
科式力和转动惯量比较无关喔,有关的是角动量
试着想像一下,一个物体在地球上由南往北运动,他在地球上跟着一起转动的半径越来越小,但角动量在无外力矩作用下却要守恒。
L=rmv,半径如果变小 那沿切线方向速度就要增加,因此物体会开始往东有一个加速度,所以会逐渐向东偏转,这就是科式力
所以今天如果改成由北向南移动,半径变大,切线方向速度要变小,因此物体会受到一个向西的加速度,因此会逐渐向西偏转
: 课本的意思好像是是摩擦力与柯氏力和力的总和会小于柯氏力
: https://imgur.com/HPuSAsI
: 那为什么不是变成下面这样
: https://imgur.com/fXXyqUk
上面那张图再继续演变下去就是你下面那张啦
: 还请各路高手拨冗解答
因为啊,科式力实际上跟你的速度大小有关,当你在接近地面的时候受摩擦力影响,速度变小,科式力也就变小了
另外还有一个重要的东西就是,科式力永远会垂直于速度。所以科式力其实是不做功的,只会改变速度方向
科式力的向量表示:Co=-f(k x V)
科式力是速度的外积,因此恒垂直于速度
大概是这样,希望有帮到你