匀速转动系统中科里奥利力的推导
建立如上图所示的转动系统。
记静止坐标系为参照系S ,转动坐标系xoy 为转动参照系S ’。
两个参照系有共同的轴ok ,且xoy 坐标系作匀速圆周运动,角速度为。
假设有一个点P (质量为m )在运动,其相对o 的位移为ˆˆr xi yj =+ 。
这里需要注
意,xoy 坐标系是转动的,也就是说ˆi 和ˆj 是岁时间改变的:ˆˆˆdi i j dt ω== ,ˆˆˆdj j i dt ω==- 。
现在,我们就可以通过对r
求两次导来求得质点P 的加速度了: ˆˆ()ˆˆˆˆdr d xi yj v xi yj x j y i dt dt ωω+===++- 222ˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆ()()2()dv a xi x j yj y i x j x i y i y j dt
xi yj yj xi xj yi ωωωωωωωω==++-+---=+-++-
上式中分三项,(1)x 和y 是P 相对转动参照系S ’的轴向加速度,合计为ˆˆa xi yj '=+ ,称
为相对加速度;(2)2ˆˆ()yj xi ω-+=2r ω-⨯ ,沿径矢r 指向o ,是由于xoy 系绕轴转动以角
速度ω转动引起的,称为向心加速度;(3)ˆˆ2()xj yi ω- =
2v ω'-⨯ ,由xoy 系统转动的角速度ω (=ˆk ω)和P 在xoy 中运动的速度v ' (=ˆˆxi yj + )共同决定,方向垂直于ω 和v ' 所决
定的平面,2v ω'-⨯ 称为科里奥利加速度,相应的有科里奥利力为
2mv ω'⨯ 。
注:如果xoy坐标系是作变加速圆周运动,则在计算结果中会出现包含
d
dt
ω
ω=
的项,这一
下称为切向加速度(这里不做详细推导)。