Ускорение Кориолиса

Ускорение Кориолиса — векторная величина, характеризующая изменение относительной скорости по направлению за счет переносного вращения и изменение величины переносной скорости за счет относительного движения.

Обозначается — aC
Направление ускорения Кориолиса при сложном движении точки

Рисунок 3

Согласно теореме Кориолиса, абсолютное ускорение точки в сложном движении определяется как геометрическая сумма относительного, переносного и кориолисова ускорений (рис. 3)

Полное ускорение как векторная сумма относительного, переносного и кориолисова ускорений

Поскольку, в данном случае, относительное движение происходит по прямой линии, относительное ускорение ar направлено вдоль этой прямой и определяется выражением

Формула относительного ускорения точки при сложном движении

Переносным ускорением точки M является ускорение точки M диска. Диск совершает вращательное движение, следовательно, переносное ускорение определяется выражением

Формула переносного ускорения при сложном движении точки

где aeвр = ε × OM — вращательное ускорение точки M, направленное перпендикулярно отрезку OM;
aeцс = ω2 × OM — центростремительное ускорение точки M, направленное к центру диска.

Ускорение Кориолиса или поворотное ускорение определяется по формуле

Формула ускорения Кориолиса в векторном виде

где ωe — переносная угловая скорость,
νr — относительная скорость точки.

Направление Кориолисова ускорения определяется по правилу векторного произведения или по правилу Жуковского.

Величина ускорения Кориолиса определяется выражением

Формула для расчета абсолютной величины ускорения Кориолиса

где α – угол между векторами ωe и νr.

Рассмотрим, какой физический смысл заложен в ускорение Кориолиса. Для простоты будем считать, что диск вращается с постоянной угловой скоростью, а точка M движется относительно диска с постоянной относительной скоростью (рис.4).

Изменение относительной скорости точки при сложном движении

Рисунок 4

Пусть в момент времени t1 точка M занимала положение M1 и имела относительную скорость νr1. За промежуток времени Δt точка M переместится в положение M2, при этом направление скорости νr изменится вследствие вращения диска. Вектор νr получит приращение Δνr.

Отношение
Среднее относительное ускорение точки за промежуток времени
определяет среднее ускорение точки за промежуток времени Δt.

Предел этого отношения при Δt→0 есть производная
Производная относительной скорости точки по времени
как производная от вектора постоянного по величине.

Рассмотрим, как изменяется переносная скорость в зависимости от относительного движения. В моменты времени t1 и t2 переносная скорость определяется выражениями

Выражение переносной скорости в разные моменты времени движения точки

Тогда приращение вектора νe за счет относительного движения будет равно
Формула приращения вектора переносной скорости

Отношение
Среднее переносное ускорение точки за промежуток времени
в пределе при Δt→0 дает производную

Первая производная приращения вектора переносной скорости точки

Таким образом, ускорение Кориолиса с одной стороны характеризует изменение относительной скорости по направлению за счет переносного вращения и, с другой стороны, изменение величины переносной скорости за счет относительного движения.

Изменение величины и направления переносной скорости точки за счет ускорения Кориолиса

Рисунок 5

Абсолютное ускорение точки в сложном движении в общем случае определяется геометрической суммой пяти слагаемых ускорений

Формула абсолютного ускорения как векторная сумма касательного, нормального, вращательного, центростремительного и кориолисова ускорений

Для определения величины абсолютного ускорения удобнее пользоваться аналитическим методом сложения векторов:

Формулы аналитического метода сложения проекций векторов ускорений точки


Далее:

Сохранить или поделиться
Вы находитесь здесь:

У нас можно заказать решение
задач, КР и помощь онлайн

Онлайн помощь с решением задач по механике