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惯性力

严格说来,地球参考系(地面参考系),是非惯性参考系。

在非惯性系进行动力学分析,如果要求比较高的精确度,那么就需要使用牛顿运动定律的非惯性参考系表述。所谓牛顿运动定律非惯性参考系表述,就是在计算合力的时候,计入额外的“力”。额外的力,是假想的力,是无法指明施力物体的力,称为惯性力。

地理学上,以地球为参考系,研究风的形成、河水对河岸的冲刷,就需要用到非惯性力概念。对于地球这个非惯性参考系来说,需要考虑的惯性力有两种:离心力和科氏力。

地球参考系中的离心力

计算惯性力时,物体相对地面的速度可以分解到三个方向,东西方向,平行于地轴方向,垂直于地轴方向。物体所处地面相对地心-恒星参考系的线速度(两极为零,赤道为466米/秒,向东),加上(减去)物体相对地面的东西方向的速度,对地轴的垂直距离,质量,决定离心力。离心力背向地轴。

地球参考系中的科氏力

物体垂直于自转轴的速度,对地轴的垂直距离,质量,决定科氏力。这个速度指向地轴时,科氏力向东;背向地轴时,科氏力向西。无论南半球还是北半球,地面附近的落体,都具有指向地轴的速度分量,科氏力都是向东,所以“落体偏东”。

河水冲刷

北半球向北的河流,南半球向南的河流,河水速度都有指向地轴的速度分量,科氏力都是向东,冲刷东岸。

重力

物体相对水平地面静止时,可以说受到三个力:支持力、地球施加的万有引力、离心力。也常说受到两个力:支持力、重力。由此可见,重力是万有引力跟物体相对地面静止时的离心力的合力。

在地球参考系中,重力概念替代万有引力概念时,如果物体相对地面的东西方向的速度为零,那么就不需要考虑离心力了,如果东西方向的速度向东,那么需要考虑增加的离心力。

地球附近,万有引力指向地心,重力垂直于水平面(大地水准面,接近于球面)。在赤道和两极,两者方向一致,在其它位置,略有偏差。如果把重力概念推广到离地面较远的高度,两者方向的差别就可能很大了,那个高度的水平面也需要重新定义了。可见重力概念不适合推广到离地面比较远的高度。

惯性力.txt · Last modified: 2018/03/23 15:26 by minglang