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과학/물리

코리올리 효과

by Begi 2020. 6. 8.
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회전하는 좌표계에서 물체가 이동할 때는 이동하는 방향과 직각 방향으로 힘을 받는데 이것을 코리올리 효과 (Coriolis effect) 또는 코리올리 힘 (Coriolis force)이라고 한다.

 

다음 그림과 같이 원판이 Ω의 각속도 회전하고 있다. 질량 m인 물체가 속도 v로 이동하고 있다. 이 때 물체는 코리올리 힘 F를 받는다.

 

 

 

코리올리 힘 F는 다음 식과 같다. 코리올리 힘은 물체의 질량, 이동 속도와 원판의 각속도의 크기에 비례한다.

 

원판이 시계방향으로 돌 때는 물체 이동방향의 왼쪽으로 힘을 받고 원판이 반시계방향으로 돌 때는 물체 이동방향의 오른쪽으로 힘을 받는다.

 

등속도로 회전하는 좌표계는 관성 좌표계가 아니기 때문에 뉴턴 법칙이 성립하지 않는다. 등속도 회전 좌표계에 있는 물체는 관성 좌표계의 뉴턴 법칙에서 코리올리 힘과 원심력을 추가하여야 한다.

 

등속도 회전 좌표계에서의 물체 운동 법칙은 다음과 같다.

여기서,

F' : 물체가 받는 힘 (회전 좌표계 기준)

m : 물체의 질량

Ω : 회전 좌표계 회전 각속도

v' : 물체의 이동 속도 (회전 좌표계 기준)

r' : 물체의 위치 (회전 좌표계 기준)

a' : 물체의 가속도 (회전 좌표계 기준)

 

위 식에서 2번째 항은 코리올리 힘으로 다음과 같다.

위 식에서 3번째 항은 원심력으로 다음과 같다.

 

북반구에서 태풍과 같은 저기압에서는 다음 사진의 A의 방향과 같이 중심으로 공기가 이동한다. 이 때 코리올리 힘 F을 받아 공기의 방향이 B와 같이 휘게 된다. 북반구에서는 바람이 반시계방향으로 나선을 그리지만 남반구에서는 시계방향으로 나선을 그린다.

 

 

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