اثر کوریولیس چیست؟ نیرویی که مسیر بادها و اقیانوس‌ها را خم می‌کند!
آیا تا به حال فکر کرده‌اید چرا بادها و جریان‌های اقیانوسی در مسیر مستقیم حرکت نمی‌کنند؟ پاسخ در پدیده‌ای به نام اثر کوریولیس نهفته است. اثر کوریولیس که به آن نیروی کوریولیس نیز گفته می‌شود، انحراف ظاهری اجسام (مانند هواپیماها، بادها، موشک‌ها و جریان‌های اقیانوسی) است که در یک مسیر مستقیم نسبت به سطح زمین حرکت می‌کنند.
به عبارت دیگر، اگر شما از فضا به زمین نگاه کنید، متوجه می‌شوید که این اجسام در واقع مسیر مستقیمی را طی می‌کنند. اما از دیدگاه ما که روی سطح چرخان زمین قرار داریم، به نظر می‌رسد که مسیر آن‌ها منحرف شده است.
قدرت اثر کوریولیس با سرعت چرخش زمین در عرض‌های جغرافیایی مختلف متناسب است. به عنوان مثال، یک هواپیما که در یک خط مستقیم به سمت شمال پرواز می‌کند، از دید ناظر زمینی، مسیری منحنی را طی می‌کند.
این اثر برای اولین بار در سال 1835 توسط گاسپار-گوستاو دو کوریولیس، دانشمند و ریاضیدان فرانسوی، توضیح داده شد. کوریولیس در حال مطالعه انرژی جنبشی در چرخ‌های آبی بود که متوجه شد نیروهایی که مشاهده می‌کند، در سیستم‌های بزرگتر نیز نقش دارند.
نکات کلیدی درباره اثر کوریولیس:
- اثر کوریولیس زمانی رخ می‌دهد که جسمی در حال حرکت در یک مسیر مستقیم از یک چارچوب مرجع متحرک مشاهده شود. این چارچوب مرجع متحرک باعث می‌شود جسم طوری به نظر برسد که در امتداد یک مسیر منحنی حرکت می‌کند.
- اثر کوریولیس با دور شدن از خط استوا به سمت قطب‌ها شدیدتر می‌شود.
- بادها و جریان‌های اقیانوسی به شدت تحت تأثیر اثر کوریولیس قرار دارند.
اثر کوریولیس: یک تعریف دقیق
اثر کوریولیس یک اثر "ظاهری" است، یک توهم که توسط یک چارچوب مرجع چرخان ایجاد می‌شود. به این نوع اثر، نیروی مجازی یا نیروی اینرسی نیز گفته می‌شود. این اثر زمانی رخ می‌دهد که یک جسم در حال حرکت در امتداد یک مسیر مستقیم از یک چارچوب مرجع غیر ثابت مشاهده شود.
به طور معمول، این چارچوب مرجع متحرک، زمین است که با سرعت ثابتی می‌چرخد. وقتی شما به جسمی در هوا نگاه می‌کنید که در یک مسیر مستقیم در حرکت است، به نظر می‌رسد که به دلیل چرخش زمین، مسیر خود را از دست می‌دهد. اما در واقع، جسم از مسیر خود منحرف نمی‌شود. تنها به نظر می‌رسد که این اتفاق می‌افتد، زیرا زمین در زیر آن می‌چرخد. به بیان ساده، این اثر ناشی از تفاوت سرعت بین جسم در حال حرکت و سطح در حال چرخش زمین است.
عوامل ایجاد اثر کوریولیس
دلیل اصلی به وجود آمدن اثر کوریولیس، چرخش زمین است. زمین در حالی که به دور محور خود در جهت پادساعتگرد می‌چرخد، هر چیزی که در مسافت طولانی بر فراز سطح آن پرواز یا جریان یابد را منحرف می‌کند. این انحراف به این دلیل رخ می‌دهد که با حرکت آزادانه یک جسم بر فراز سطح زمین، زمین با سرعت بیشتری به سمت شرق در زیر آن حرکت می‌کند.
با افزایش عرض جغرافیایی و کاهش سرعت چرخش زمین، اثر کوریولیس افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، خلبانی که در امتداد خود خط استوا پرواز می‌کند، می‌تواند بدون هیچ انحراف ظاهری به پرواز خود در امتداد استوا ادامه دهد. اما اندکی به سمت شمال یا جنوب خط استوا، خلبان دچار انحراف خواهد شد. هرچه هواپیمای خلبان به قطب‌ها نزدیک‌تر شود، بیشترین انحراف ممکن را تجربه خواهد کرد.
مثال دیگری از تغییرات عرض جغرافیایی در انحراف، تشکیل طوفان‌های حاره‌ای است. این طوفان‌ها در فاصله کمتر از پنج درجه از خط استوا تشکیل نمی‌شوند، زیرا چرخش کوریولیس کافی وجود ندارد. با حرکت به سمت شمال، طوفان‌های گرمسیری می‌توانند شروع به چرخش کرده و برای تشکیل طوفان‌های حاره‌ای قوی‌تر شوند.
علاوه بر سرعت چرخش زمین و عرض جغرافیایی، هرچه سرعت خود جسم بیشتر باشد، انحراف بیشتری نیز وجود خواهد داشت.
جهت انحراف ناشی از اثر کوریولیس به موقعیت جسم بر روی زمین بستگی دارد. در نیمکره شمالی، اجسام به سمت راست منحرف می‌شوند، در حالی که در نیمکره جنوبی به سمت چپ منحرف می‌شوند.
تاثیرات اثر کوریولیس
از جمله مهم‌ترین تأثیرات اثر کوریولیس در جغرافیا، انحراف بادها و جریان‌های اقیانوسی است. این اثر همچنین تأثیر قابل توجهی بر روی اشیاء ساخت بشر مانند هواپیماها و موشک‌ها دارد.
در مورد تأثیر بر باد، هنگامی که هوا از سطح زمین بلند می‌شود، سرعت آن بر فراز سطح افزایش می‌یابد، زیرا با کاهش اصطکاک، هوا دیگر مجبور نیست از روی انواع مختلف ناهمواری‌های زمین عبور کند. از آنجایی که اثر کوریولیس با افزایش سرعت یک جسم افزایش می‌یابد، جریان‌های هوا را به طور قابل توجهی منحرف می‌کند.
در نیمکره شمالی، این بادها به سمت راست و در نیمکره جنوبی به سمت چپ می‌چرخند. این معمولاً باعث ایجاد بادهای غربی می‌شود که از مناطق نیمه گرمسیری به سمت قطب‌ها حرکت می‌کنند.
از آنجایی که جریان‌ها توسط حرکت باد در سطح آب‌های اقیانوس هدایت می‌شوند، اثر کوریولیس نیز بر حرکت جریان‌های اقیانوسی تأثیر می‌گذارد. بسیاری از بزرگترین جریان‌های اقیانوسی در اطراف مناطق گرم و پرفشار به نام چرخ‌آب‌ها (gyres) گردش می‌کنند. اثر کوریولیس الگوی مارپیچی را در این چرخ‌آب‌ها ایجاد می‌کند.
در نهایت، اثر کوریولیس برای اشیاء ساخت بشر نیز مهم است، به ویژه زمانی که مسافت‌های طولانی را بر روی زمین طی می‌کنند. به عنوان مثال، پروازی را در نظر بگیرید که از سانفرانسیسکو، کالیفرنیا، به مقصد شهر نیویورک حرکت می‌کند. اگر زمین نمی‌چرخید، اثر کوریولیس وجود نداشت و بنابراین خلبان می‌توانست در یک مسیر مستقیم به سمت شرق پرواز کند. با این حال، به دلیل اثر کوریولیس، خلبان باید به طور مداوم حرکت زمین را در زیر هواپیما اصلاح کند. بدون این اصلاح، هواپیما در جایی در قسمت جنوبی ایالات متحده فرود می‌آمد.
