Coriolisakselerasjonen, en akselerasjon vinkelrett på bevegelsen som opptrer for legemer i bevegelse i et roterende referansesystem. Når rotasjonen er mot urviseren avbøyes legemets bevegelse mot høyre. Akselerasjonen er oppkalt etter den franske læreren G. G. Coriolis (1792 – 1893) som var den første til å utlede et korrekt matematisk uttrykk for den, men ble omtalt kvalitativt nesten to hundre år tidligere.

   Hvis man har en kule på en karusell og beskriver kulas bevegelse i forhold til karusellen, vil man observere at en kule i ro akselererer utover. Den får en sentrifugalakselerasjon. Men en kule som triller får i tillegg en akselerasjon vinkelrett på hastigheten. Dette er coriolisakselerasjonen.

   Den kan forstås enklest ved å beskrive situasjonen fra et ikke-roterende referansesystem. Faste punkter på karusellen går i sirkelbevegelse mens kula beveger seg langs en rett linje. Følgelig avbøyes kulas bevegelse i forhold til de faste punktene på karusellen.

   Jordoverflaten representerer et roterende referansesystem. Følgelig vil legemer som beveger seg på, og beskrives, i forhold til jordoverflaten få en coriolisakselerasjon. Avbøyningen er mot høyre i forhold til bevegelsesretningen på den nordlige halvkula og til venstre på den sørlige.

   Størrelsen av coriolisakselerasjonen på jordoverflaten avhenger av breddegraden siden den lokale ’karusellen’, representert ved en pinne som peker for eksempel i retning nord-syd på Jordoverflaten, vil ha en vinkelhastighet som avhenger av hvilken breddegrad den befinner seg på. Hvis den er på ekvator roterer den ikke i det hele tatt, og på nordpolen roterer den med Jordas vinkelhastighet, . På en breddegrad  har den en vinkelhastighet . Coriolisakselerasjonen til et legeme med hastigheten v i horisontalplanet i pinnens posisjon er .

   Partikkelens masse multiplisert med coriolisakselerasjonen kalles corioliskraften og er en fiktiv kraft i den forstand at den ikke har noen motkraft og bare opptrer i roterende referansesystemer.

   Akselerasjonen er vinkelrett på hastigheten. Det betyr at corioliskraften ikke gjør noe arbeid på legemet og ikke endrer dets bevegelsesenergi. Den minner om en magnetkraft som virker på en ladd partikkel. Hvis bare en konstant corioliskraft virker på et legeme vil legemet bevege seg i en sirkelbane med coriolisakselerasjonen som sentripetal-akselerasjon, . Da er sirkelens radius . En hastighet på 10 m/s svarer til at Coriolis treghetssirkelen ved 430 breddegrad har en radius på 100 km.

Historikk

   Allerede i 1651, dvs. 36 år før Newtons Principia kom ut, beskrev to italienske fysikere, G. B. Riccioli og F. M. Grimaldi, coriolisavbøyningen av banen til legemer som beveger seg i et roterende referansesystem [1]. De skrev at hvis en kule avfyres i retning mot en av Jordas poler vil Jordas døgnlige bevegelse gjøre at kula svinger til siden (dvs. kulas bane avbøyes), for på breddegrader nærmere polene beveger jordoverflaten seg langsommere, mens nærmere ekvator beveger jordoverflaten seg raskere.

   Dette ble tatt opp igjen av briten G. Hadley i 1735. Den svenske meteorologen Anders O. Persson har imidlertid påpekt at deres argumentasjon bare leder til halvparten av den korrekte verdien av coriolisakselerasjonen [2]. Hadleys resonnement ble gjentatt i 1776 av P. L. Laplace som likevel utledet det korrekte uttrykket for coriolisakselerasjonen. Men G. G. Coriolis [1835] var den første som utledet utrykket for coriolisakselerasjonen basert på en korrekt argumentasjon.

Coriolisakselerasjon og atmosfærens bevegelser

   I lang tid ble coriolisakselerasjonen betraktet kun i sammenheng med mekaniske problemer. Ifølge Persson var amerikaneren W. Ferrel den første som undersøkte betydningen av coriolisakselerasjonen for bevegelser av væsker og gasser ved jordoverflaten. Det forutsettes her at beskrivelsen refererer til jordas medbevegende, roterende referansesystem. I 1856 skrev han at atmosfærens bevegelser styres av fire mekanismer: 1. variasjoner av tetthetsfordelingen på grunn av ulik oppvarming ulike steder, for eksempel over land og sjø,  2. strømmer av luft fra områder med høyt trykk til områder med lavt trykk, 3. sentrifugalakselerasjonen og 4. coriolisakselerasjonen på grunn av jordrotasjonen. I en artikkel publisert i Astronomical Journal i 1856 skrev Ferrel at hvis et legeme beveger seg i en hvilken som helst retning ved jordoverflaten, påvirkes det av en kraft som skyldes jordrotasjonen og som avbøyer bevegelsen mot høyre på den nordlige halvkulen og mot venstre på den sørlige.

   Ferrel identifiserte også treghetssirkelen, dvs. sirkelbanen som et legeme følger når det bare er påvirket av corioliskraften. I 1858 presenterte Ferrel en detaljert matematisk analyse av coriolisakselerasjonens betydning for atmosfærens bevegelser og viste at coriolisakselerasjonen begrenser utvekslingen av luft mellom lavere og høyere breddegrader. Oppvarming av luft nær ekvator får luften til å stige, og det vil da bli en strøm sørover fra områder med kaldere luft ved høyere breddegrader. Denne luftstrømmen avbøyes mot vest og deretter videre mot nord. På den måten hindres transport av luft mot ekvator.

   Utover i 1860-årene ble Ferrels resultater lagt merke til i Europa. Teorien for atmosfærens bevegelse på en roterende jord ble utarbeidet i større detalj, og det ble blant annet gjort klart at breddeavhengigheten til coriolisakselerasjonen gjør at en partikkel under påvirkning bare av corioliskraften ikke følger en lukket sirkel, men følger en sirkelliknende bane der radien øker langsomt langs banen.

   Coriolisakselerasjonen har avgjørende betydning i sammenheng med dannelsen av sykloner. Dersom jorda ikke hadde rotert slik at det ikke hadde vært noen coriolisakselerasjon, ville et lavtrykk raskt bli fylt igjen. Men coriolisakselerasjonen avbøyer luftas bevegelse slik at det dannes en rotasjonsbevegelse. På denne måten oppstår virvler i atmosfæren for eksempel ved lavtrykk eller sykloner over Norskehavet.  

Referanser

  1. C. M. Graney, Coriolis effect, two centuries before Coriolis. Physics Today 64, nr. 8, s. 8-9 (2011).
  2. A. O. Persson, The Coriolis Effect: Four centuries of conflict between common sense and mathematics, Part I: A history to 1885. History of Meteorology 2, 1 - 24 (2005).

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

29. mars 2013 skrev Anders Einar Arntzen

Hei, Jeg mener Coriolis ikke tenkte på havets bevegelser eller meteorologi da han oppfant C-kraften. Hvor har kraften sin opprinnelse og er det mulig å definere den litt nærmere?

Min Caplex sier noe om at "-jorden roterer, mens det som beveger seg søker å beholde sin retning i verdensrommet". Ikke likt Store Norske, men det går kanskje ut på det samme?

Jeg har boken til Coriolis på nettet, men bare fransk tekst uten figurer gjør det vanskelig å finne noe der.

Vennlig Hilsen Anders Arntzen

2. april 2013 svarte Øyvind Grøn

Hei Anders Einar!

Jeg har latt meg inspirere av din kommentar og skrevet en helt ny artikkel samt forandret stikkordet fra corioliskraft til coriolisakselerasjon.

Vennlig hilsen

Øyvind

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.