Coriolisova síla

V některých vysokých budovách, technických muzeích, nebo hvězdárnách můžeme pozorovat takzvané Foucaultovo kyvadlo. Jedná se o velmi dlouhé těžké kyvadlo s dlouhou dobou kmitu. Pokud takové kyvadlo rozkýveme podél čáry nakreslené na podlaze pod ním, začne se rovina kmitu velmi pomalu stáčet, a po nějaké době už nekýve rovnoběžně s nakreslenou čárou, ale šikmo k ní pod určitým úhlem. Velikost tohoto úhlu je tím větší, čím déle necháme kyvadlo kývat, takže po několika hodinách například kýve kolmo k původnímu směru.

Asi jste takové kyvadlo už někde viděli a slyšeli jste, že jeho pohyb nějak souvisí s rotací Země, a možná i to, že jeho stáčení způsobuje nějaká zdánlivá síla, které se říká Coriolisova.

Dříve než si o této síle něco řekneme, podívejme se ještě na jeden její účinek. Pokud budete sedět na otáčejícím se kolotoči a budete se snažit například míčkem trefit svého kamaráda, který je také na kolotoči, pravděpodobně se vám to napoprvé nepodaří, protože míček poletí jinam, než kam jste mířili.

Dokonce i kdybyste chtěli trefit sami sebe - například prakem (samozřejmě lehkým, aby jste si příliš neublížili), zřejmě neuspějete.

Pokus: Můžete si to ostatně vyzkoušet s jednoduchým prakem na otočné židli. Podrobnosti

V případě Foucaultova kyvadla jsme napověděli, že jeho pohyb má něco společného s rotací Země.

? Dokážete vysvětlit, proč se Foucaultovo kyvadlo chová popsaným způsobem?

Zjednodušme si situaci tím, že budeme nejdříve uvažovat Foucaultovo kyvadlo umístěné (trochu neprakticky) na severním pólu. Pohyb závaží dlouhého kyvadla je potom kolmý k ose rotace Země.

Rozkýveme-li kyvadlo určitým směrem, bude udržovat směr tohoto kývání (například vůči vzdáleným hvězdám), Země se pod ním bude otáčet a s ní i nakreslená čára znázorňující původní rovinu kmitu. Předpokládáme přitom, že závěs kyvadla je dostatečně jemný, aby byl pohyb kyvadla volný a nebyl příliš ovlivňován zavěšením. My jako pozorovatelé se otáčíme zároveň se Zemí a pozorujeme proto, že se otáčí kyvadlo, zatímco my stojíme.

Pokus: O tom, že kyvadlo zachovává svoji rovinu kmitu, se můžeme přesvědčit jednoduchým pokusem s destičkou a kyvadlem. Podrobnosti

Z toho co bylo řečeno je zřejmé, jak rychle se bude stáčet rovina kmitu kyvadla na pólu. Země se pod kyvadlem otočí jednou dokola za jeden den a tomu odpovídá rychlost stáčení roviny kmitu Foucaultova kyvadla 0,25°/min. Za 40 minut se tedy odchýlí od původního směru o 10°.

? Bude rychlost stáčení kyvadla stejná v různých zeměpisných šířkách, nebo se bude měnit?

Komentář pro vyučující

<< Ještě o momentu setrvačnosti

Inerciální a neinerciální systémy >>

Na obsah