Corioliskraft

Wikipedia

Ett lågtryck över Island som på grund av corioliskraften roterar moturs.

En fri virvel har en logaritmisk strömningsform.

Corioliskraften eller Corioliseffekten är en ofta missförstådd fiktiv kraft som verkar på massor i roterande system.

Corioliskraften kan kanske bäst förstås om man har tid och tålamod att läsa Gaspard Gustave Coriolis (1792-1843) uppsats från 1835. Coriolis var intresserad av att förbättra franskbyggda maskiner, i synnerhet sådana med roterande delar. Som bekant påverkas de av en centrifugaleffekt som, om inte materialet är starkt nog, kan spränga konstruktionen. Coriolis var nu nyfiken på hur centrifugaleffekten påverkades om vissa delar i maskinen också rörde sig relativt rotationen. Han fann då att den vanliga centrifugaleffekten ändrades något i storlek och riktning. Denna tilläggskraft erhöll senare hans namn, "corioliskraften".

Till skillnad från dragningskraften (gravitationen), samt de elektromagnetiska krafterna är "corioliskraften" ingen egentlig kraft utan, liksom centrifugalkraften, en följd av ett föremåls tröghet. För en observatör som deltar i rotationen yttrar sig corioliskraften (för motsols roterande system som platser på norra halvklotet) som en acceleration vinkelrät åt höger och med en styrka som är lika med två gånger rotationshastigheten gånger sinus för latituden gånger hastigheten och massan.

Corioliskraftens acceleration vinkelrät mot rörelsen (till vänster på södra halvklotet) leder rörelsen in i en cirkel med förvånansvärt liten radie (hastigheten dividerat med 2 gånger rotationshastigheten, på en planet multiplicerat med sinus för latituden). För ett föremål som vid ca 41 gr latitud ges en knuff på 10 m/s kommer rörelsen att gå runt i en cirkel med 100 km radie och återkomma efter ca 15 timmar.

[redigera] Corioliskraft från jordens rotation

Corioliskraften som orsakas av jordens rotation har en stor inverkan på klimatet. Speciellt påverkar den stora luftmassor och gör så att stormar och orkaner roterar. Den ger också upphov till s.k. uppvällningar vilket ligger till grund för den höga biomassan i hav utmed västkuster.

Corioliseffekten har ett avgörande inflytande på strömningen i atmosfären och haven, eftersom den söker förhindra all horisontell rörelse genom att återföra den i en cirkel. Det krävs därför starka krafter med ursprung i horisontella tryckskillnader för att få varm luft från de upphettade tropikerna att tränga norrut och avkylas, och kall luft från polerna att komma söderut och värmas upp.

Den ungerske fysikern Roland Eötvös förklarade i slutet på 1800-talet corioliseffekten på en snurrande planet som en obalans i tyngdkraften på ett föremål. Den är som bekant summan av jordens dragningskraft (gravitation) på föremålet och den utåtriktade centrifugalkraft som beror på jordens rotation kring sin axel. Det är detta som gjort jorden an aning tillplattad vid polerna och som gör att medan gravitationen överallt (utom vid poler och ekvator) pekar snett inåt mot jordaxeln, pekar tyngdkraften alltid "rakt ner". Men detta gäller bara så länge vi står still. Rör vi oss kommer rörelsen att adderas (eller subtraheras) till centrifugalkraften och den resulterande tyngdkraften (gravitation + total centrifugalkraft) inte längre att peka "rakt ner" utan dels ha en vinkel i horisontell led, delvis förändras i vertikal led.

Eötvös var mest intresserad av den senare effekten eftersom han var sysselsatt med att mäta jordens tyngdkraftsfält: ett föremål som rör sig österut blir lättare, västerut tyngre och det ville han korrigera för. Sidoaccelerationen, den första effekten, är inget annat än Coriolis kraft.

[redigera] Myten

Corioliseffekten är ett av de mest missförstådda fenomenen inom mekaniken. De förklaringar som ofta ges i böckerna av rullande bollar på karusellgolv, flygplan som flyger söderut eller luftpaket som rör sig från ekvatorn till 30 graders latitud, är antingen felaktiga eller vilseledande.

En vanligt förekommande myt (så vanlig att den brukar läras ut i klassrum) är att Corioliskraften får utrinnande vatten i badkar och handfat att rotera, och att det då skulle rotera åt olika håll på norra och södra halvklotet. Även om det stämmer i princip, så är kraften alldeles för svag för att ha någon påverkan på så små system. Det är slumpen och kärlets form som avgör rotationsriktningen på vattnet.

En gammal sägen säger att en tysk ubåtskapten tillfångatogs av de allierade under första världskriget och låstes in i en fönsterlös hytt. Han skulle sedan med handfatets hjälp kunnat avgöra när båten passerade ekvatorn genom att studera vattenvirveln när han tömde handfatet. För att corioliskraften ska kunna få effekt i ett handfat så måste handfatet ha en diameter på 20-30 m samt ha ett litet hål i mitten.