background image

5/ 1

5.

 

  ZASADY DYNAMIKI W UKŁADACH

NIEINERCJALNYCH

Przyspieszenie w układzie nieinercjalnym:

0

a

a

a

i

n

r

r

r

=

0

a

m

a

m

a

m

i

n

r

r

r

=

                   

0

F

F

F

i

n

r

r

r

+

=

 

0

0

a

m

F

r

r

=

Siły bezwładności  lub siły pozorne

 

nie mają związku z oddziaływaniami.

 

pojawiają  się  jako  skutek  nieinercjalności
układu odniesienia

 

mogą  wywierać  skutki  analogiczne,  jak  siły
rzeczywiste.

background image

5/ 2

SIŁY BEZWŁADNOŚCI

Siły bezwładności mogą wywierać takie same
skutki, jak siły rzeczywiste.

background image

5/ 3

SIŁY POZORNE W UKŁADZIE OBRACAJĄCYM SIĘ

ZE STAŁĄ PRĘDKOŚCIĄ KĄTOWĄ.

Ziemia jest układem
nieinercjalnym.

Układ  

S’ 

 obraca się

względem układu  

S

  ze

stałą prędkością kątową

1) Punkt nieruchomy w 

S

0

'

dr

r

d

=

r

o

r

d

r

 -  przesunięcie punktu w układzie  

S

  względem  

S

2) punkt poruszający się w S

w czasie 

dt

 

r

r

zmieniło się o 

r

d

r

 

układ S’ obrócił się o

φ

r

d

o

S

S

r

d

r

d

r

d

r

r

r

=

)

(

)

'

(

'

'

0

r

d

r

d

r

r

r

×

=

ϕ

background image

5/ 4

PRĘDKOŚĆ W UKŁADZIE OBRACAJĄCYM SIĘ

           

ω

ϕ

r

r

=

dt

d

o

S

S

r

d

r

d

r

d

r

r

r

=

)

(

)

'

(

'

'

r

)

(

)

'

(

'

r

r

r

r

×

=

φ

d

r

d

r

d

S

S

( ) ( )

'

r

'

'

r

r

r

×

=

dt

d

S

dt

r

d

S

dt

r

d

φ

( ) ( )

'

r

'

'

r

r

r

r

×

+

=

ω

r

S

dt

d

r

S

dt

d

Przekształcenie  się  operatora  pochodnej  po  czasie
przy przejściu od opisu ruchu w układzie inercjalnym
S  do opisu ruchu w układzie obracającym się  S

:

  

×

+

=

=

ω

r

'

        

          

ˆ

ˆ

S

S

dt

d

dt

d

'

O

O

.

'

r

'

r

r

r

r

×

+

=

ω

S

S

v

v

bo    

( )

S

v

r

S

dt

d

r

r

=

    a     

( )

'

'

'

S

v

r

S

dt

d

r

r

=

background image

5/ 5

PRZYSPIESZENIE W UKŁADZIE OBRACAJĄCYM SIĘ

'

'

ˆ

'

ˆ

   

ˆ

ˆ

r

O

O

r

O

O

r

r

=

×

+

×

+









=

'

r

'

'

'

r

r

r

r

r

ω

ω

S

S

S

S

dt

r

d

dt

d

dt

r

d

dt

d

( )

( )

( )

( ) ( )

(

)

'

r

'

'

'

'

'

'

'

'

2

2

2

2

r

r

r

r

r

r

r

r

r

r

×

×

+

×

+

×

+

×

+

=

ω

ω

ω

ω

ω

S

dt

r

d

S

dt

r

d

r

S

dt

d

S

dt

r

d

S

dt

r

d

0

=

ω

dt

d

r

      

bo    

ω

r

= const.

( ) ( )

( )

(

)

'

r

'

'

2

'

'

2

2

2

2

r

r

r

r

r

r

r

×

×

+

×

+

=

ω

ω

ω

S

dt

r

d

S

dt

r

d

S

dt

r

d

czyli:

)

'

r

(

2

'

'

r

r

r

r

r

r

r

×

ω

×

ω

+

×

ω

+

=

S

S

S

v

a

a

background image

5/ 6

SIŁY W UKŁADZIE OBRACAJĄCYM SIĘ

)

'

r

(

2

'

'

r

r

r

r

r

r

r

×

ω

×

ω

+

×

ω

+

=

S

S

S

v

a

a

S

S

a

m

F

r

r

=

       

'

'

S

S

a

m

F

r

r

=

)

'

r

(

2

'

'

r

r

r

r

r

r

r

×

ω

×

ω

×

ω

=

m

v

m

F

F

S

S

S

background image

5/ 7

1.  SIŁA ODŚRODKOWA

)

'

(

r

m

F

o

r

r

r

r

×

ω

×

ω

=

 

wartość:

R

m

=

cos

r

)

(

2

2

ω

ϕ

ω

=

×

ω

×

ω

m

r

m

r

r

r

)

cos

=

(sin

     

R,

=

cos

r

Θ

α

ω

Θ

ω

=

×

ω

r

r

r

 

)

(

r

r

r

r

×

ω

ω

 

kierunek  równoległy do 

R

r

 

zwrot od osi obrotu

siła odśrodkowa  na Ziemi (r = 6370 km)

         

ω

π

π

=

=

2

2

24 3600

7 3 10

5

1

T

s

s

,

ω

 2

r = 0,034 ms

-2

,     na równiku   

a

O

 = 0,3 % g

background image

5/ 8

2.  SIŁA CORIOLISA

ω

ω

r

r

r

r

r

×

=

×

=

'

'

2

2

S

S

C

v

m

v

m

F

1)

 

Ciała poruszające się pionowo

Na  ciało  spadające  na  półkuli  północnej  działa
siła  Coriolisa skierowana na wschód.

F

C

 = 2 v 

ω

 sin

α

 = 2 v 

ω

 cos

ϕ

pozioma
składowa
siły
odśrodkowej
skierowana
jest na
południe

background image

5/ 9

SIŁA CORIOLISA

ω

ω

r

r

r

r

r

×

=

×

=

'

'

2

2

S

S

C

v

m

v

m

F

2)

 

Ciała poruszające się w poziomie.

h

r

ω

ω

ω

r

r

r

+

=

ch

r

a

v

r

=

×

'

2

ω

 - przyspieszenie horyzontalne

cr

h

a

v

r

=

×

'

2

ω

- przyspieszenie „radialne”

ω

ω

r

=

sin

Θ

Składowa horyzontalna 

a

r

 powoduje odchylenie

 

w prawo na półkuli północnej

 

w lewo na półkuli południowej

 Dla   v = 100 m/s   a

c

 

 1,5

10

-2

 ms

-2

  około 1 % g

background image

5/10

SKUTKI SIŁY CORIOLISA