Hiệu ứng Coriolis và sự khác biệt của xoáy nước ở hai bán cầu

Hiệu ứng Coriolis được đặt theo tên của Gaspard-Gustave de Coriolis-nhà toán học, vật lí học người Pháp.

Thí nghiệm kiểm chứng Hiệu ứng Coriolis được tiến hành với một chậu nước được để tĩnh lặng, sau đó đục một lỗ nhỏ giữa chậu để quan sát chuyển động của xoáy nước có thể thêm vài giọt màu sắc để dễ quan sát.

Hiệu ứng Coriolis và sự khác biệt của xoáy nước ở hai bán cầu

Thí nghiệm xoáy nước thực hiện tại Sydney thành phố của đất nước Australia một khu vực thuộc nam bán cầu

Nó được thể hiện qua hiện tượng lệch quỹ đạo của những vật chuyển động trong hệ quy chiếu quay so với hệ quy chiếu quán tính. Sự lệch quỹ đạo do một loại lực quán tính gây ra, gọi là lực Coriolis.

Lực Coriolis được xác định bằng công thức sau:

\[F=2m[\vec{v},\vec{\omega }]\]

Trong đó
  • m: khối lượng của vật
  • v: vận tốc của vật
  • ω: tốc độ góc của hệ vật
  • \[[\vec{v},\vec{\omega }]\]: tích có hướng của véc tơ vận tốc v và véc tơ vận tốc ω của hệ.

Hiệu ứng Coriolis là nguyên nhân hình thành nên các dòng xoáy nước, và các xoáy nước này quay theo hai chiều trái ngược nhau ở hai cực của trái đất. Tính từ đường xích đạo đối với các khu vực thuộc nam bán cầu các xoáy nước sẽ có chiều xoáy cùng chiều kim đồng hồ.

Video thí nghiệm Hiệu ứng Coriolis của xoáy nước xảy ra tại khu vực thuộc nam bán cầu

https://youtu.be/gK-JcHRGrQQ

Các khu vực thuộc bắc bán cầu tính từ đường xích đạo các xoáy nước có chiều xoáy ngược chiều kim đồng hồ.

Video thí nghiệm Hiệu ứng Coriolis của xoáy nước xảy ra tại khu vực thuộc bắc bán cầu

https://youtu.be/lQS2AXckMuk

Giải thích hiện tượng trên:

Xét trong hệ quy chiếu gắn với Trái đất thì chậu nước trong thí nghiệm không đứng yên mà chuyển động quay cùng với chiều quay của Trái Đất.

Hiệu ứng Coriolis và sự khác biệt của xoáy nước ở hai bán cầu

Đối với chậu nước tại khu vực nam bán cầu do chuyển động quay của Trái Đất các phần tử nước ở gần trục quay của quay của trái đất sẽ chuyển động quay với bán kính quỹ đạo nhỏ hơn bán kính quĩ đạo của các phần tử nước ở xa trục quay.

Đối với người đứng yên trên mặt đất quan sát chuyển động của các phân tử nước về phía lỗ thủng sẽ thấy quĩ đạo của các phần tử nước sẽ bị lệch về bên phải, các phần tử ở xa trục quay của trái đất sẽ lệch nhiều hơn các phần tử ở gần trục quay từ đó xoáy nước được hình thành theo cùng chiều kim đồng hồ.

xem video sau bạn sẽ dễ hình dung về Hiệu ứng Coriolis đối với chậu nước ở phía nam bán cầu.

https://youtu.be/ugGpzN_MRcc

Giải thích tương tự cho chiều xoay của xoáy nước ở khu vực bắc bán cầu.

Hiệu ứng Coriolis cũng ảnh hưởng nên sự hình thành chiều xoáy của các cơn bão cũng những chiều xoáy của các cột lốc xoáy.

Như vậy với cùng một hiện tượng vật lí khi quan sát ở các vị trí khác nhau trên trái đất (hệ qui chiếu khác nhau) tính chất chuyển động là hoàn toàn khác nhau => đây là một ví dụ minh họa cho tính đúng đắn về khái niệm tính tương đối của chuyển động.