Fizik I · 11. Ünite: Açısal Momentum; Genel Dönme
Coriolis Etkisi
Kuzey yarımkürede alçak basınç merkezlerine doğru esen rüzgârlar saat yönünün tersine dönen siklonlar oluşturur, uzun menzilli top mermileri hedeflerini hafifçe sağdan geçer, Foucault sarkacının salınım düzlemi gün içinde yavaşça döner. Bütün bunların ortak nedeni Dünya'nın dönmesi nedeniyle dönen referans sisteminde hareket eden cisimlere etkiyen Coriolis kuvvetidir. Bu konuda Coriolis ivmesini $-2\vec\omega\times\vec v'$ biçiminde türetecek, yönünü ve büyüklüğünü belirleyecek, Dünya üzerinde enlem bağımlılığını ($2\Omega\sin\varphi$) inceleyecek ve atmosfer, balistik ve Foucault örnekleriyle niceliksel tahminler yapacaksınız.
Öğrenme hedefleri
- Coriolis kuvvetinin yalnızca dönen sistemde hareket eden cisimlere etki eden, hıza dik bir sanal kuvvet olduğunu açıklar.
- $\vec F_C = -2m\vec\omega\times\vec v'$ bağıntısı ile kuvvetin büyüklüğünü ve sağ el kuralı ile yönünü belirler.
- Dönen platformdaki radyal atışta sapmayı ($a_C = 2\omega v$) iki gözlemcide (eylemsiz ve dönen) tutarlı biçimde çözümler.
- Dünya üzerinde yatay Coriolis ivmesinin $2\Omega v\sin\varphi$ olduğunu kullanarak mermi sapması ve Foucault sarkacı periyodu gibi büyüklükleri hesaplar.
- Coriolis kuvvetinin iş yapmadığını gerekçelendirir ve siklon yönü, rüzgâr sapması gibi gözlemleri yarımküreye göre yorumlar.
Konu anlatımı
Bağlam: Dönen Dünya Üzerinde Doğru Gitmek
Kavramlar: Coriolis Kuvvetinin Özellikleri
Türetme: Sapma ve Coriolis İvmesi
Çözümlü Örnekler
Grafik ve Tablo Yorumu
Sınır Durumları ve Uygulamalar
Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Bağlantılar ve Özet
Anahtar terimler
- Coriolis kuvveti (Coriolis force)
- Dönen sistemde sisteme göre hareket eden cisme etkiyen, hıza dik sanal kuvvet: $\vec F_C = -2m\vec\omega\times\vec v'$.
- Coriolis ivmesi
- $\vec a_C = -2\vec\omega\times\vec v'$; dönen sistemde hıza dik ve büyüklüğü $2\omega v'\sin\alpha$ olan ivme.
- Eylemsizlik (sanal) kuvveti
- Eylemsiz olmayan sistemde Newton yasalarını korumak için eklenen, kaynağı fiziksel bir cisim olmayan kuvvet.
- Foucault sarkacı
- Salınım düzleminin Dünya'nın dönmesi nedeniyle yavaşça döndüğü uzun sarkaç; periyodu $24\,\text{saat}/\sin\varphi$.
- Eötvös etkisi
- Doğu–batı doğrultusunda hareket eden cismin düşey Coriolis bileşeni nedeniyle ağırlığının görünür değişmesi.
- Jeostrofik denge
- Atmosferde basınç gradyan kuvveti ile Coriolis kuvvetinin dengelenmesi; rüzgâr izobarlara paralel eser.
- Rossby sayısı
- $Ro = v/(fL)$; hareketin eylemsizlik ivmesinin Coriolis ivmesine oranı. Küçükse Coriolis baskındır.
- Sapma açısı
- Dönen platformda atışın platforma göre eğriliği; radyal atışta $\omega T$ ile verilir.
Örnek soru
Saat yönünün tersine düzgün dönen yatay bir platformun merkezinden dışa doğru hareket eden bir cisim, platformla birlikte dönen gözlemciye göre hangi yöne doğru sapar?
- Merkezden radyal olarak dışa doğru
- Merkeze doğru
- Hareket doğrultusunda, onu hızlandıracak biçimde
- Hareket yönüne göre sağa
- Hareket yönüne göre sola
Doğru cevap: D
Çözüm
1. Coriolis kuvveti $\vec F_C = -2m\vec\omega\times\vec v'$'dür. $\vec\omega$ yukarı, $\vec v'$ dışa doğru (örneğin $+x$) ise $\vec\omega\times\vec v'$ $+y$ (sola) yönündedir.
2. Eksi işareti nedeniyle kuvvet $-y$, yani hareket yönüne göre sağa doğrudur.
3. Kuvvet hıza diktir; hızlandırmaz (C yanlış) ve radyal değildir (A, B yanlış).
Doğru cevap: D. Saat yönünde dönen platformda sapma sola olurdu (E). Kuzey yarımkürenin dönüşü saatin tersine olduğundan rüzgârlar sağa saparlar.