1. Мы уже знаем, что под ветром имеется в виду движение воздуха
относительно земной поверхности, j. е. относительно системы
координат, вращающейся вместе с Землей. В механике доказывается, что
при движении любого тела во вращающейся системе координат возникает
отклонение от первоначального направления движения относительно этой
системы. Иными словами, тело, движущееся во вращающейся системе
координат, получает относительно этой системы так называемое
поворотное ускорение, или ускорение Кориолиса, направленное под
прямым углом к скорости. Таким образом, поворотное ускорение не
меняет модуль скорости, а только меняет направление движения.
Будем под вращающейся системой координат подразумевать поверхность
вращающейся Земли, а под телом - воздух. На вращающейся Земле
поворотное ускорение (здесь и дальше речь идет о его горизонтальной
составляющей) направлено в северном полушарии вправо от скорости, в
южном - влево.
Поворотное ускорение объясняется не тем, что есть какая-то внешняя
сила, отклоняющая воздух от первоначального направления движения. На
самом деле воздух стремится сохранить по инерции свое первоначальное
направление движения, но не относительно вращающейся Земли, а
относительно мирового пространства, относительно неподвижной системы
координат. Система же координат, связанная с земной поверхностью, к
которой относят ветер, поворачивается под движущимся воздухом в
процессе суточного вращения Земли. Таким образом, не воздух
отклоняется от первоначального направления относительно Земли, а
Земля с ее параллелями и меридианами поворачивается под движущимся
воздухом в противоположную сторону.
Поворотное ускорение на Земле имеет вид
A=2w sin фи*v,
где w - угловая скорость вращения Земли,
фи- географическая широта и v - скорость движения (ветра). Повторим,
что речь идет только о горизонтальной составляющей поворотного
ускорения.
Условно поворотное ускорение можно назвать отклоняющей силой
вращения Земли (отнесенной к единице массы) или кориолисовой силой.
2. Отклоняющая сила вращения Земли обращается в нуль у экватора и
принимает наибольшее значение 2cov на полюсе. Она также
пропорциональна скорости ветра v и обращается в нуль при скорости,
равной нулю. Если тело неподвижно, то никакого ускорения
относительно Земли оно получить не может.
Найдем значение кориолисовой силы 2cov на полюсе, например, для и=10
м/с. Так как полный оборот Земли вокруг оси продолжается 24 часа, т.
е. 86 400 с, то угловая скорость вращения Земли w
= 2л:86400 с-1 = 7,29 10~5 с-1. Взяв удвоенное значение этой
величины и умножив его на 10 м/с, получим ускорение, сообщаемое
воздуху отклоняющей силой вращения Земли на полюсе при ветре 10 м/с.
Оно равно 1,5 10~3 м/с2 и, таким образом, оказывается величиной того
же порядка, что и ускорение, создаваемое в атмосфере барическими
градиентами. Это очень важное обстоятельство: отклоняющая сила
вращения Земли при движении воздуха может уравновесить силу
барического градиента.
