Báo cáo môn Vật lí 1 - Đề tài 6: Lực Coriolis và các hiện tượng thiên nhiên liên quan trên Trái đất - Nguyễn Thị Minh Hương

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN VẬT LÝ
--------*-------
BÁO CÁO SEMINAR
ĐỀ TÀI SỐ: 6
GVHD: Nguyễn Thị Minh Hương.
 Khoa: Quản lý công nghiệp	
Lớp : QL1201-1202	
Nhóm: 6
Nhóm sinh viên thực hiện:
Họ và tên
MSSV
Nguyễn Vũ Khánh Minh (nhóm trưởng)
71202163
Trần Nhật Long
71201986
Phạm Ngô Ngân Hà
71200923
Phạm Bùi Quang Thịnh
71203631
Hoàng Thiên Phú
71202749
Trần Ngọc Thùy Nhi
Nguyễn Thành Đạt
71202594
71200724
Tp. HCM, tháng 12 năm 2012
Tp. HCM, tháng 12 năm 2012
Đề tài 6: Lực Coriolis và những hiện tượng thiên nhiên liên quan đến Trái Đất
Gaspard-Gustave de Coriolis – người tìm ra lực Coriolis và hiệu ứng Coriolis
Coriolis tên đầy đủ là Gaspard-Gustave de Coriolis (1792 – 1843) được sinh ra tại Paris, là một nhà toán học, nhà khoa học và là một nhà kĩ sư cơ khí nổi tiếng của Pháp 
Năm 1835, khi đang nghiên cứu về hệ thống đồng bộ tự quay quanh, ông đã khám phá và tìm ra lực Coriolis, một lực thuộc quán tính (inertial force) . Việc tìm ra lực Coriolis đã có ý nghĩa quan trọng trong ngành vật lí học thiên thể, trong quân sự (nghiên cứu đường bay của đạn) và trong nhiều ngành khoa học về khí tượng thủy văn.
Năm 1838, Coriolis ngừng dạy học và trở thành giám đốc về nghiên cứu cho viện Polytechnique, nhưng sức khỏe của ông ngày cáng tệ hơn và ông mất 5 năm sau đó. 
Giới thiệu về lực Coriolis
Giải thích lực Coriolis
Xét một đĩa đặc và một hòn bi chuyển động trên bề mặt của đĩa:
Khi đĩa đứng yên, hòn bi lăn từ tâm ra ngoài mép đĩa sẽ vạch ra một quỹ đạo là đường thẳng nối tâm đĩa và mép đĩa
Khi đĩa quay tròn, hòn bi lăn từ tâm ra mép đĩa sẽ chịu tác dụng của một lực có phương song song với mặt phẳng đĩa, chiều vuông góc với phương chuyển động của hòn bi, đó là lực Coriolis => hòn bi di chuyển theo một quỹ đạo là đường cong ngược hướng với chiều quay của đĩa.
Hiệu ứng Coriolis trên Trái Đất:
Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời, đồng thời Trái Đất chuyển động tự quay quanh trục của nó. Hệ quy chiếu gắn với Trái Đất là hệ quy chiếu phi quán tính, do đó các vật chuyển động trên Trái Đất cũng chịu ảnh hưởng của hiệu ứng Coriolis. Hiệu ứng này khó cảm nhận được, do chuyển động quay của Trái Đất rất chậm. Nó chỉ xuất hiện trong các quá trình kéo dài, hoặc tác động vào những vật chuyển động nhanh, hay các vật "tự do" tức là tổng các lực tác động lên nó là nhỏ cỡ độ lớn của lực Coriolis.
Ở phía bắc bán cầu, các vật chuyển động có xu hướng vòng sang phải, còn ở nam bán cầu thì vòng trái (nhìn theo chiều chuyển động của vật). Đối với các vật chuyển động dọc theo đường vĩ tuyến (ở Bắc cũng như Nam Bán Cầu) thì hiệu ứng Coriolis không làm lệch hướng chuyển động mà chỉ làm cho vật nặng hơn lên (khi chuyển động về phương Tây), hoặc nhẹ bớt đi (khi chuyển động về phương Đông). Còn đối với các vật rơi tự do thì chúng đều có điểm rơi lệch về phía Đông so với điểm rọi thẳng đứng của nó (bỏ qua ảnh hưởng của gió).
Kiểm chứng lực Coriolis
Như các bạn đã học ở phổ thông, khi ta tác dụng lực con lắc đơn sẽ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng. Các bạn hãy tưởng tượng, nếu con lắc đơn chịu tác động của lực Coriolis thì quỹ đạo của nó sẽ thay đổi như thế nào ?
Để trả lời cho câu hỏi đó, vào năm 1851, nhà khoa học người Pháp Léon Foucault đã sử dụng một dây thép dài 68 m để treo một quả cầu sắt nặng 31 kg từ mái vòm của nhà thờ Panthéon và tác dụng một lực ban đầu, cho nó lắc đi lắc lại. Để đánh dấu quá trình chuyển động của quả cầu, ông đã cho gắn một kim nhọn vào quả cầu và cho vẽ một vòng tròn trên cát ẩm ở mặt đất phía dưới chuyển động của quả cầu. Quả cầu đã để lại những vệt của đường đi khác nhau sau mỗi chu kỳ chuyển động chậm chạp và quỹ đạo này đã chỉ ra rằng Trái Đất quay tròn xung quanh trục của nó. Tại đường vĩ độ đi qua thành phố Paris, đường chuyển động của con lắc đã thực hiện một vòng quay thuận chiều kim đồng hồ cứ sau 30 giờ. Tại Nam Bán Cầu, đường đi đó ngược chiều kim đồng hồ, và tại xích đạo, nó không quay tròn chút nào. Tại Nam Cực, những nhà khoa học ngày nay đã xác nhận chu kỳ của đường đi của con lắc là 24 giờ.
Thí nghiệm này được đánh giá là 1 trong 10 thí nghiệm vật lý đẹp nhất trong lịch sử nhân loại.
Lực Coriolis các hiện tượng thiên nhiên liên quan trên Trái đất
Sự xói mòn của các con sông
Một dòng sông ở Bắc bán cầu chảy dọc theo kinh tuyến Trái Đất từ Bắc xuống Nam. Vận tốc kéo theo của bất kỳ điểm nào của Trái Đất hướng theo tiếp tuyến của vĩ tuyến với chiều từ Tây sang Đông.Ngoài vận tốc tương đối của hạt nước còn có vận tốc kéo theo nói trên. Khi chuyển động từ Bắc xuống Nam chúng đi từ vĩ tuyến này đến vĩ tuyến khác có bán kính lớn hơn và vì vậy vận tốc kéo theo không ngừng tăng lên nhưng không thay đổi chiều (từ Tây sang Đông). Ngoài ra do chuyển động quay của Trái Đất. Vận tốc tương đối sẽ thay đổi phương trong không gian, xoay từ Tây sang Đông. Điều đó dẫn tới chỗ là các hạt nước được gia tốc và như vậy là có lực tác dụng theo chiều của gia tốc. Lực này xuất hiện do sức ép của bờ tây tức là bờ phải của con sông lên nước. Nhưng theo định luật về sự cân bằng của lực tác dụng và phản lực nước sẽ ép lên bờ phải với một lực như vậy và dần dần xói mòn nó. Ở Bắc bán cầu, khi xuôi theo dòng nước thì bờ tây bị xói mòn, còn ở Nam bán cầu khi xuôi dòng nước thì bờ đông bị xói mòn.Như vậy đến đây ta có thể giải thích được tại sao các con sông chảy dọc theo kinh tuyến lại có hiện tượng bên bồi bên lở. Trong trường hợp vừa xét vận tốc tương đối nhỏ nên lực Coriolis cũng nhỏ nhưng tác dụng liên tục và lâu dài của nó dẫn tới kết quả đáng kể.
Sự lệch hướng gió
Nếu từ một miền nào trên bắc bán cầu có luồng gió thổi về phía cực bắc, nghĩa là luồng gió này tiến về những vùng vĩ tuyến có vận tốc dài nhỏ hơn so với nó, do vậy gió thổi tới các miền ở phương bắc không theo chiều bắc mà theo chiều Đông - Bắc. Càng xa điểm xuất phát bao nhiêu thì thành phần “phương đông” càng lớn bấy nhiêu. Đối với ngưòi quan sát ở trên mặt đất thì hiện tượng này trông như thể có một lực nào đấy tác động từ phía tây về phía đông. Lực này chính là lực Coriolis => Bắc bán cầu gió thổi lệch về bên phải so với hướng giảm của áp suất, còn ở Nam bán cầu thì gió lệch về bên trái; ở Bắc bán cầu các xoáy nước và xoáy của gió cuồng phong, lốc xoáy hầu như đều xoay theo chiều kim đồng, còn Nam bán cầu thì ngược lại
Gió Tín Phong thổi từ đai cao áp 30 độ B-N đến đai áp thấp 0 độ(xích đạo) 
Gió Tây ôn Đới thổi từ đai cao áp 60 độ B-N về 90 độ B-N 
Theo Lực Coriolis: Do sự vận động tự quay của Trái Đất Tín Phong và gió Tây Ôn Đới không thổi thẳng theo hướng kinh tuyến mà hơi lệch về phía tay phải ở nửa cầu Bắc và về phía tay trái ở nửa cầu Nam (nếu nhìn xuôi theo chiều gió thổi) 
Gió Tây Ôn đới (mũi tên màu xanh) và gió mậu dịch (mũi tên màu vàng)
Bão và áp thấp nhiệt đới ở nước ta
Bão gây ra do các tâm áp thấp ở ngoài biển tức là có một vùng áp suất thấp, không khí xung quanh sẽ chạy dồn về đó, biến thành gió và biển động. Các mũi tên màu đỏ chỉ thị sự dồn về tâm của không khí. Như trên ta nói các vật thể chuyển động trên Trái Đất ở bán cầu Bắc chịu tác động của lực Coriolis hướng sang bên phải, vậy lực Coriolis tác động lên các phần tử không khí có hướng như mũi tên đen.
 Chính sự sắp xếp đó buộc không khí vừa chạy vào trong vừa bị kéo sang phải, khiến bão có dạng hình xoáy ngược chiều kim đồng hồ.Bão ở Nam bán cầu sẽ có dạng ngược lại. 
Do đó, hầu hết các cơn bão có ảnh hưởng đến vùng biển nước ta đều hình thành từ trung tâm Thái Bình Dương, vượt qua Philipin đi vào biển Đông. 
Tại một thời điểm nào đó tưởng tượng trãi một đường thẳng đi qua tâm bão theo hướng di chuyển của bão thì đường thẳng ấy sẽ chia vùng bão thành hai nửa, “bên phải (nửa phía bắc, nếu bão di chuyển từ Đông sang Tây) và bên trái (nửa phía Nam). Ở nữa bên phải tốc độ gió mạnh hơn, phạm vi ảnh hưởng của gió mạnh hơn, mưa và sóng biển cũng dữ dội hơn so với nữa bên trái. Do đó, sức tàn phá của cơn bão ở nữa phía Bắc bao giờ cũng mạnh hơn ở nữa kia. Sở dĩ có hiện tượng đó là do ở nửa bên phải, chiều của gió xoáy trùng với chiều di chuyển của bão nên tốc độ gió tổng cộng là lớn hơn. Còn ở nữa bên trái thì ngược lại, tàu thuyền ở nửa bên phải rất dễ bị cuốn vào vùng gần trung tâm là nơi có sức tàn phá của bão
Một số hiện tượng khác
Tàu hỏa chạy theo hướng từ Nam ra Bắc thì đường ray bên phải sẽ bị nghiến rất mạnh. Đường Bắc - Nam cũng như vậy, làn đường Ôtô đi từ Nam ra Bắc thì bánh bên phải sẽ làm đường bị lún nhiều hơn, còn đi từ Bắc vào Nam thì ngược lại.
Dòng hải lưu: Các dòng hải lưu bề mặt nói chung được lưu thông bởi gió và có xu hướng chảy theo các xoắn ốc cùng chiều kim đồng hồ ở bắc bán cầu và ngược chiều kim đồng hồ ở nam bán cầu do hiệu ứng Coriolis. 
Cá heo cảm nhận được lực Coriolis: Các nhà nghiên cứu đã khám phá ra một hiện tượng kỳ lạ: khi ngủ mơ màng, những chú cá heo ở Bắc bán cầu bơi vòng ngược chiều kim đồng hồ, trong khi đồng loại của chúng ở bán cầu Nam lại bơi thuận chiều. nếu cá heo thực sự quay tròn theo các hướng khác nhau, thì "lực địa cầu" nào đã gây ra điều đó? Một khả năng ở đây là lực Coriolis - hiệu ứng do sự tự quay của trái đất gây ra - tạo nên những dòng chảy trên quy mô lớn cả ở dưới đại dương và trên bầu khí quyển. "Nếu trên quy mô lớn, các dòng hải lưu biến đổi vì lực Coriolis, thì tôi hình dung rằng cá heo có thể cảm nhận được sự biến đổi đó", David McIntyre, một chuyên gia về Coriolis tại Đại học bang Oregon ở Corvallis, thích thú đồng ý.