معلومات عن ظاهرة كوريوليس
تأثير كوريوليس في الفيزياء، يطلق اسم تأثير كوريوليس على التشوه الظاهري في حركة الأجسام، عندما ينظر إليها (عندما ترصد) من إطار مرجعي دوراني. … فالأجسام المتحركة بحرية على سطح الأرض تتعرض لقوة كوريوليس، ويظهر ذلك في ميلان حركتها نحو اليمين في نصف الكرة الشمالي، ونحو اليسار في نصف الكرة الجنوبي.
ما هي قوة كوريوليس
قوّة كوريوليس قوّة أو تأثير كوريوليس هو مصطلح فيزيائي يُطلق على التشوه البائن والمكشوف في حركة الأجسام عند رصدها من إطار مرجعي دوراني، وسميّت بهذا الاسم نسبة إلى العالم الفرنسي غوستاف كوريوليس الذي وصف هذا التشوه خلال عام 1835 ميلادي، ويحدث تأثير كوريوليس بسبب قوة كوريوليس التي تظهر في معادلة الحركة لجسم معيّن في إطار مرجعي دوراني. تعتبر قوة كوريوليس مثالاً على قوى خياليّة أو تخيليّة، لأنّها لا تظهر عند التعبير عن حركة الجسم نفسها في إطار مرجعي عطالي، حيث يتم شرح حركة الجسم عن طريق القوى الحقيقيّة المطبّقة دون الحاجة إلى قوة تخيليّة، أما في الإطار المرجعي الدوراني فتعتمد على سرعة الأجسام المتحركة والقوة الناتجة عن حركتها معاً وليس على سرعة الأجسام المتحركة فقط. أمثلة على قوّة كوريوليس تعتبر الأرض هي الإطار المرجعي الدوراني الأكثر أهمية لقوة كوريوليس، حيث إنّ الأجسام التي تتحرك بشكل حر على سطح الأرض تتعرض لقوة كوريوليس، ويظهر ذلك جلياً في نصف الكرة الأرضيّة الشمالي، وإلى اليسار في نصف الكرة الأرضيّة الجنوبي في ميلان حركتها. من الأمثلة على هذا السلوك حركة الهواء والرياح في الغلاف الأرضي، وكذلك حركة المياه في المحيطات، فبدل أن تتوجه مباشرة من أماكن الضغط المرتفع إلى أماكن الضغط المنخفض كما هو في الكوكب غير الدائريّة نجد أنّ الحركة تتجه وتنحرف قليلاً إلى اليمين من مكان الضغط المنخفض في نصف الكرة الشمالي، وعلى العكس تماماً في نصف الكرة الجنوبي أي إلى اليسار. تطبيقات عمليّة على قوّة كوريوليس بندول فوكو يعتبر هذا البندول أول تطبيق عملي استُخدم لإثبات دوران الأرض حول محورها، حيث يظهر ذلك بشكل واضح للمشاهدين، ويصل طول البندول لقرابة 67 متراً، ويوجد فيه ثقل كتلته قرابة 28 كيلوغراماً، كما أنّ بندول فوكو يستطيع تمييز دوائر العرض على الأرض. الأعاصير نستطيع ملاحظة قوة كوريوليس من خلال تفسير دوران الأعاصير في الجهة الشماليّة والجنوبيّة من الكرة الأرضية، وذلك يعود إلى الاختلاف في درجات الحرارة عند كلّ من القطبين الشمالي والجنوبي، فعلى خط الإستواء تنشأ عن أي فرق في الضغط الجوي قوة دفع للهواء من القطبين باتجاه خط الإستواء، وخلال سير الرياح تتعرض لظاهرة الكوريوليس، وعندما تدور الكرة الأرضية باتجاه الشرق فإنّ حركة الرياح تظهر نحو خط الإستواء وباتجاه الجهة الغربيّة. توجد فكرة خاطئة عن تأثير الكوريوليس واختلاف دوران الأعاصير في الجهتين الشمالية والجنوبية للكرة الأرضية؛ فهناك من يعتقد أنّ هذا الأمر ينطبق على المسطحات الصغيرة من الماء مثل ما يحدث للماء في المغاسل والحمامات؛ لكن في الحقيقة لا يمكننا الاعتقاد الجازم بتطبيق ظاهرة قوة الكوريوليس على التحركات التي تكون على مسافات قصيرة بالمقارنة مع قطر الكرة الأرضية، فعلى سبيل المثال: (يمكن لصنبور المياه جعل الاتجاه مع أو عكس عقارب الساعة بمجرد ميلان صغير أثناء السقوط على السطح).
قوة كوريوليس هي
قوة كوريوليس تعتبر مثالا عن القوى التخيلية fictitious force، لأنها لا تظهر عندما يتم التعبير عن نفس الحركة ضمن إطار مرجعي عطالي، حيث يتم شرح حركة الجسم عن طريق القوى الحقيقية المطبقة دون الحاجة لقوة تخيلية، طبعا مع مفهوم العطالة. … حركة الهواء والرياح في الغلاف الأرضي والمياه في المحيطات هي أمثلة واضحة لهذا السلوك.
قوة كوريوليس وانحراف الرياح
تأثير كوريوليس هو واحدٌ من تلك المصطلحات التي تسمعها تستخدم من وقت لآخر، ولكن لا يبدو أنه تم شرحها بشكل كامل، لذلك أنت تتساءل: «ما هو تأثير كوريوليس؟»
تأثير كوريوليس هو الانحناء الظاهري للرياح العالمية، والتيارات البحرية وأي شيء يتحرك بحُرِّيّةٍ فوق سطح الأرض. ويرجع هذا الانحناء إلى دوران الأرض حول محورها. تم اكتشاف التأثير من قبل المهندس الفرنسي «غاسبار كوريوليس – Gaspard C. Coriolis» في القرن التاسع عشر والذي استخدم معادلات رياضية ليبين أن مسار أي جسم يتحرك فوق سطح دوّار سوف ينحني بالنسبة للأجسام الموجودة على هذا السطح.
إذا لم يكن هناك دوران للأرض، فسوف تهب الرياح العالمية في خطوط متواصلة بين الشمال والجنوب.
ما يحدث في الواقع هو أن الرياح العالمية تهب بشكل مائل. وتأثير كوريوليس يؤثر على اتجاه الرياح حول العالم بهذه الطريقة: في النصف الشمالي من الكرة الأرضية تنحني الرياح إلى اليمين. في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية تنحني إلى اليسار. أما الاستثناء فهو مع أنظمة الضغط المنخفض. ففي هذه الأنظمة هناك توازن بين تأثير كوريوليس وقوة تدرّج الضغط وكذا تدفق الرياح في الاتجاه المعاكس.
عند رسم مسار حركة الأقمار الاصطناعية على خريطة العالم تظهر مساراتها منحنية لأن الأرض عبارة عن كرة، وأقصر مسافة بين نقطتين على الكرة ليست خطًّا مستقيمًا.
تشوه الخرائط ثنائية الأبعاد بطريقة ما السطح ثلاثي الأبعاد. ويزداد التشوه بالقرب من القطبين. في نصف الكرة الشمالي، يظهر مدار القمر الاصطناعي الذي يسلك أقصر طريق ممكن سالكًا مسارًا شمالَ الخط المستقيم من البداية إلى النهاية، ثم ينحني للخلف باتجاه خط الاستواء. ويحدث هذا لأن خطوط العرض، التي يتم إسقاطها كخطوط أفقية مستقيمة في معظم الخرائط العالمية، هي في الواقع دوائر على سطح كرة والتي تصبح أصغر كلما اقتربت من القطب.
يحدث هذا التشوّه ببساطة لأن الأرض عبارة عن كرة، حتى لو لم تكن تدور حول محورها. بالطبع سيكون تأثير كوريوليس موجودًا أيضًا، ولكن تأثيره على المسار المرسوم أصغر كثيرًا، ولكنه يزداد أهمية عند حساب وجهة مسار أو وجهة نهائية. يصبح التأثير مهمًا جدًا عندما تحتاج إلى رسم مسارات للصواريخ أو نيران المدفعية.
لتلخيص «ما هو تأثير كوريوليس»: إنها قوة مهمة تستخدم للتنبؤ بمسار العواصف، وتوضح لماذا لا تصل قذيفة إلى هدف ما على مسافة كبيرة إذا كان لا يؤخذ دوران الأرض بعين الاعتبار.
شرح ظاهرة كوريوليس
تعرف أيضاً باسم قوة كوريوليس، وهي عبارةٌ عن واحدةٍ من الظواهر الفيزيائيّة والتي تشيرُ إلى القوة المؤثّرة على حركة الأجسام المتحرّكة، ويطلقُ على هذه الحركة مُسمى الحركة النسبية، كدورانِ عقارب الساعة التي تحصلُ على طاقتها مِن خلال البطاريات التي تولدُ قوةً نسبيةً لتحريكها، وأيضاً تعرفُ ظاهرة كوريوليس بأنّها الحالة الفيزيائيّة التي تهتمُ بدراسةِ القوة المؤثّرة على دوران الكرة الأرضيّة بصفتها جسماً مُتحرّكاً، وتعتمدُ على مُتابعةِ ميل الأرض عن محورها نحو اليمين في قسمها الشمالي، ونحو اليسار في قسمها الجنوبيّ، وتتأثر هذه القوة بمجموعةٍ من العوامل المرتبطة بالأرض مثل: الغلاف الجوي، والمسطحات المائيّة، وحركة الرياح، وغيرها من العوامل الأخرى. تاريخ ظاهرة كوريوليس إن تاريخ ظاهرة كوريوليس يعود لعام 1835م عندما قام العالم، والفيزيائي الفرنسي غاسبار كوريوليس بإعداد ورقةٍ بحثيةٍ حول دراستهِ لوسائل إنتاج الطاقة، والقوة المؤثرة عليها فاعتمد على دراسةِ حركة الأرض من خلال الاعتماد على فكرةِ تقسيم القوة المؤثّرة على حركتها إلى فئتينِ. الفئة الأولى هي القوة النسبية (الوهمية) التي تؤثر على حركة الأرض، أما الفئة الثانية فهي القوة المركزية (الدافعة) التي تؤثّر على الفئة الأولى (القوة النسبية) من أجل توليد قوةٍ تساهم في تحريك الأرض، ومساعدتها على الدوران حول مركزها، لذلك يعتمدُ تطبيق ظاهرة كوريوليس على الأجسام المتحركة في مختبرِ العلوم، على وجودِ كلا القوتين معاً ممّا يساهمُ في الوصولِ إلى النتائج الصحيحة لتأثير هذه الظاهرة. الصيغ الفيزيائية لظاهرة كوريوليس يعتمد حل المعادلات، والمسائل الفيزيائية والرياضية المرتبطة بظاهرةِ كوريوليس على الصيغ التالية: صيغة تسارع كوريوليس بالاعتماد على اتجاه حركة الجسم المتحرك: ac = -2 Ω × ν تفسير الصيغة: ضرب الثابت (2-) بسرعةِ ميل زاوية الجسم المتحرك (Ω) ضرب سرعة الدوران (ν)، وينتج عن ذلك (ac) وهو مقدار تسارع الجسم بالاعتمادِ على تناوبِ حركته. صيغة إنتاج قوة كوريوليس بالاعتماد على كتلة الجسم المتحرك: Fc = -2 m Ω × ν تفسير الصيغة: ضرب الثابت (2-) بكتلة الجسم المتحرك (m) بسرعة ميل زاوية الجسم المتحرك (Ω) ضرب سرعة الدوران (ν)، وينتج عن ذلك (Fc) وهو مقدار قوة كوريوليس التي تم إنتاجها. أثر ظاهرة كوريوليس تُؤثرُ ظاهرةُ كوريوليس في العديدِ مِن المجالات الفيزيائيّة، ومن أهمّا: التأثير على الفيزياء الجزيئية، فيظهرُ تأثير قوة كوريوليس على حركةِ أجزاء الذرات، حيث تكون في البداية ثابتة الحركة وعند وقوع أي عاملٍ مؤثرٍ عليها يؤدي ذلك إلى اهتزازها وتحركها عن مركزها على شكلِ حركةٍ في اتّجاه عمودي ممّا يؤدّي إلى خلط الذرات الجُزئيّة بشكلٍ متساوٍ. التأثير على السوائل، وهو تأثيرُ قوة كوريوليس المرتبط باهتزاز الأنبوب الزجاجي الذي يحتوي على مادّةٍ سائلة، ويعتمدُ ذلك على كميّة السائل داخل الأنبوب، وكثافته الحركية فكلما كان قادراً على الحركةِ بسهولة، كلما تأثر بشكل أسرع بقوة كوريوليس والعكس صحيح.
شرح درس قوة كوريوليس
تأثير كوريوليس في الفيزياء، يطلق اسم تأثير كوريوليس على التشوه الظاهري في حركة الأجسام، عندما ينظر إليها (عندما ترصد) من إطار مرجعي دوراني.
أطلق هذا الاسم على ذكر غاسبارد-غوستاف كوريوليس، العالم الفرنسي الذي وصف هذا التشوه الظاهري في عام 1835، مع أن الرياضيات التي ظهرت في المعادلات المدية من قبل بيير-سيمون لابلاس منذ عام 1778. يحدث تأثير كوريوليس نتيجة ما يدعى بقوة كوريوليس، التي تظهر في معادلة الحركة لجسم ما ضمن إطار مرجعي دوراني. قوة كوريوليس تعتبر مثالا عن القوى التخيلية fictitious force، لأنها لا تظهر عندما يتم التعبير عن نفس الحركة ضمن إطار مرجعي عطالي، حيث يتم شرح حركة الجسم عن طريق القوى الحقيقية المطبقة دون الحاجة لقوة تخيلية، طبعا مع مفهوم العطالة. أما في إطار مرجعي دوراني، فإن قوى كوريوليس تعتمد على السرعة للجسم المتحرك، والقوة النابذة، التي لاتعتمد على سرعة الأجسام المتحركة. كلا القوتين لازمتين لوصف الحركة بشكل دقيق.
ربما تكون الإطار المرجعي الدوراني الأكثر أهمية هو الأرض. فالأجسام المتحركة بحرية على سطح الأرض تتعرض لقوة كوريوليس، ويظهر ذلك في ميلان حركتها نحو اليمين في نصف الكرة الشمالي، ونحو اليسار في نصف الكرة الجنوبي. حركة الهواء والرياح في الغلاف الأرضي والمياه في المحيطات هي أمثلة واضحة لهذا السلوك. فبدلا من التوجه مباشرة من مناطق الضغط المرتفع لمناطق الضغط المنخفض كما يجب أن يحدث في كوكب غير دائر، نجد أن اتجاه الحركة ينحرف قليلا إلى اليمين من منطقة الضغط المنخفض في النصف الشمالي، وبالعكس إلى اليسار في النصف الجنوبي.
لا تظهر قوة كوريوليس إلا عند استخدام إطار مرجعي دوراني. في الإطار الدوراني، تتصرف هذه القوة تمامًا مثل القوى الحقيقية (أي تُسبب تسارع الأجسام ولها تأثيرات حقيقية). مع ذلك، تنتج قوة كوريوليس عن القصور الذاتي، ولا تُعزى إلى مصادر يمكن التعرف عليها، مثلما هو الحال مع القوة الكهرومغناطيسية أو النووية، على سبيل المثال. من وجهة نظر تحليلية، لاستخدام قانون نيوتن الثاني في نظام دوراني، من الضروري تضمين قوة كوريوليس رياضياً، لكنها تختفي في الإطار المرجعي القصوري غير المتسارع. على سبيل المثال، تخيل طفلين يلعبان على جانبين مقابلين من دوامة الخيل، ويرميان كرةً إلى بعضهما البعض. من وجهة نظر الطفلين، تتبع الكرة مساراً منحنياً نتيجة قوة كوريوليس. افترض أن الدوامة تدور عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر من الأعلى. من منظور رامي الكرة، تنحرف الكرة إلى اليمين. من منظور الطفل الآخر، تنحرف الكرة إلى اليسار. في علم الأرصاد الجوية، يوفر الإطار الدوراني (الأرض) مع قوة كوريوليس الخاصة به إطارًا أكثر طبيعيةً لتفسير حركات الهواء مقارنةً مع الإطار القصوري غير الدوراني الخالي من قوة كوريوليس. في هندسة المدفعية بعيدة المدى، تعتمد تصحيحات دوران الأرض البصرية على قوة كوريوليس.
قوة كوريوليس في المناخ
تأثير كوريوليس هو الانحناء الظاهري للرياح العالمية، والتيارات البحرية وأي شيء يتحرك بحُرِّيّةٍ فوق سطح الأرض. ويرجع هذا الانحناء إلى دوران الأرض حول محورها. تم اكتشاف التأثير من قبل المهندس الفرنسي «غاسبار كوريوليس – Gaspard C. Coriolis» في القرن التاسع عشر والذي استخدم معادلات رياضية ليبين أن مسار أي جسم يتحرك فوق سطح دوّار سوف ينحني بالنسبة للأجسام الموجودة على هذا السطح.
إذا لم يكن هناك دوران للأرض، فسوف تهب الرياح العالمية في خطوط متواصلة بين الشمال والجنوب.
ما يحدث في الواقع هو أن الرياح العالمية تهب بشكل مائل. وتأثير كوريوليس يؤثر على اتجاه الرياح حول العالم بهذه الطريقة: في النصف الشمالي من الكرة الأرضية تنحني الرياح إلى اليمين. في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية تنحني إلى اليسار. أما الاستثناء فهو مع أنظمة الضغط المنخفض. ففي هذه الأنظمة هناك توازن بين تأثير كوريوليس وقوة تدرّج الضغط وكذا تدفق الرياح في الاتجاه المعاكس.
عند رسم مسار حركة الأقمار الاصطناعية على خريطة العالم تظهر مساراتها منحنية لأن الأرض عبارة عن كرة، وأقصر مسافة بين نقطتين على الكرة ليست خطًّا مستقيمًا.
تشوه الخرائط ثنائية الأبعاد بطريقة ما السطح ثلاثي الأبعاد. ويزداد التشوه بالقرب من القطبين. في نصف الكرة الشمالي، يظهر مدار القمر الاصطناعي الذي يسلك أقصر طريق ممكن سالكًا مسارًا شمالَ الخط المستقيم من البداية إلى النهاية، ثم ينحني للخلف باتجاه خط الاستواء. ويحدث هذا لأن خطوط العرض، التي يتم إسقاطها كخطوط أفقية مستقيمة في معظم الخرائط العالمية، هي في الواقع دوائر على سطح كرة والتي تصبح أصغر كلما اقتربت من القطب.
تأثير قوة كوريوليس على الرياح
ان تأثير الرياح وقوة كوريوليس على الطقس يتم وصف اتجاه الرياح من خلال الاتجاه الذي يبدأ من عنده تحرك الهواء، وتسمى الرياح التي تهب من جهة الغرب إلى جهة الشرق والتي تسيطر على المناطق المناخية في سطح الارض بالرياح الغربية، ويرجع سبب سيطرتها هو بسبب تحديد اتجاهها نتيجة دوران الارض، وتؤثر الرياح الغربية على الطقس بصورة كبيرة لذلك يتم دراستها باستمرار للحصول على مدى تأثيرها على كافة المناطق المناخية.
تقرير عن قوة كوريوليس
تدلّ عبارة قوّة كوريوليس على أنّها لفظة فيزيائيّة، وتُعرف أيضاً بتأثير كوريوليس، حيث أُطلقت لأوّل مرّة نسبة للعالم الفرنسي غاسبارد غوستاف كوريوليس عام ألف وثمانمئة وخمسة وثلاثين للميلاد، حينما وصفها بأنّها التشوّه الظّاهري في حركة الأجسام عندما تُرصد أو يُنظر إليها من خلال إطار مرجعي دوراني. أسباب حدوث قوة كوريوليس تُعتبر كُرتنا الأرضيّة من أهم الأمثلة وأفضلها للإطار المرجعي الدورانيّ، وإنّ تأثير كوريوليس يحدث نتيجة قوّة كوريوليس، إذ إنّها تُعتبر خير مثال عن القِوىَ التخيليّية والتي تُعرف بـ(Fictitious Force)، والتي تبدو واضحة من خلال معادلة الحركة لأحد الأجسام ضمن إطار مرجعي دوراني، وهي لا تُشاهد في ضمن إطار مرجعيٍّ عطاليٍّ، وبالتّالي فإنّ شرح حركة هذا الجسم تتم من خلال القوى المطبّقة والحقيقيّة مع مفهوم العطالة دون ضرورة لقّوة تخيلية. ملاحظة كوريوليس يمكن لنا أن نلاحظ تأثير كوريوليس عن طريق متابعة دوران الأعاصير من خلال تفسير كيفيّة دوران هذه الأعاصير من شمال الكرة الأرضيّة حتّى جنوبها، وما يطرأ عليها من اختلاف وتفاوت في درجة الحرارة وخاصّة في القطبين، وفي خط الاستواء أيضاً، فإذا فرق الضغط الجويّ بين كلّ من هذه المناطق، فإنّه ينشأ من القطبين دافعاً للهواء متجهاً إلى خطّ الاستواء. تتعرّض الرياح أثناء سيرها لظاهرة الكوريوليس، ولأنّ دوران الكرة الأرضيّة نحو الجهة الشرقيّة يظهر تخلف حركة الرياح نحو الجهة الغربيّة وأيضاً نحو خطّ الإستواء، ويكون هذا الظهور متمثلاً على شكل أعاصير، يكون اتجاهها في القسم الشمالي من الكرة الأرضيّة مطابقاً مع اتجاه عقارب السّاعة، أمّا اتّجاهها في القسم الجنوبي من الكرة الأرضيّة فإنّها تكون بعكس عقارب السّاعة. بندول فوكو وقوة كوريوليس عُرف بندول فوكو كأوّل التطبيقات العمليّة التي استُخدمت لإثبات أنّ الأرض تدور حول محورها، ويبدو ذلك جليّاً للعيان حيث يبلغ طول البندول حوالي سبعة وستّين متراً، وفيه ثقل تصل كتلته إلى حوالي ثمانية وعشرين كيلوغراماً، وبإمكان بندول فوكو أن يميّز بين دوائر العرض. يوجد فكرة مغلوطة حول تأثير كوريوليس وأيضاً حول الاختلاف في دوران الأعاصير في كلّ من جهتيّ الكرة الأرضيّة الشماليّة والجنوبيّة، إذ إنّ هناك اعتقاد بأنّ هذه الفكرة تنطبق فقط في المسطّحات المائيّة الصغيرة، أي كالماء وحركة دورانه في المغاسل، لكن في بعض التجارب أثبت بأنّه يمكن لصنبور ماء قصير أن يعكس اتجاه دوران المياه باتجاه عقارب السّاعة أو عكسها، مجرّد أن نميله قليلاً ونسقط المياه على السطح.
