Coriolis-ilmiö

Kaavamainen esitys coriolis-ilmiöstä. Kappale joutuu ympyräradalle, mikäli siihen vaikuttaa ainoastaan coriolis-voima (katso inertiavirtaus).

Coriolis-ilmiö on fysikaalinen ilmiö, joka havaitaan vapaasti liikkuvan kappaleen radan poikkeamana, kun tilannetta tarkastellaan pyörivästä koordinaatistosta. Coriolis-ilmiö vaikuttaa muun muassa merivirtoihin ja ilmavirtauksiin aiheuttaen niiden pyörteisen liikkeen. Ilmiö voidaan ottaa huomioon lisäämällä kappaleen liikeyhtälöön coriolis-voimaksi kutsuttu tasapainottava näennäisvoima. Näennäisvoima viittaa siihen, että kappaleeseen ei varsinaisesti vaikuta mikään fysikaalinen voima, vaan kappaleen radan kaareutuvuus johtuu siitä, että koordinaatisto on kiihtyvässä liikkeessä (pyörii).

Esimerkiksi maapallon pintaan kiinnitetty koordinaatisto pyörii akselinsa ympäri, ja siksi coriolis-ilmiö havaitaan maapallon pinnalla tarpeeksi pitkään ja nopeasti tapahtuvissa liikkeissä. Mikäli tarkastellaan vain Maan pinnan suuntaisia liikkeitä, ilmiö ilmenee voimakkaimmillaan napa-alueilla, mutta päiväntasaajalla ei lainkaan. Erityisesti siitä puhutaan meteorologiassa ja ballistiikassa.

Nimensä ilmiö on saanut ranskalaisen Gaspard-Gustave Corioliksen mukaan, joka julkaisi asiasta artikkelin vuonna 1835, vaikka ilmiön kuvaukseen liittyvä matematiikka ilmeni jo Pierre-Simon Laplacen vuorovesiyhtälöissä vuonna 1778.

Coriolis-ilmiötä tutkivat maantiede, fysiikka ja matematiikka.

Kaava

Jos Coriolis-ilmiö halutaan esittää voimana, sen yhtälö voidaan kirjoittaa

${\vec {F}}_{C}=2m({\vec {v}}\times {\vec {\omega }})$,

jolloin tämän näennäisvoiman aiheuttama kiihtyvyys on

$2({\vec {v}}\times {\vec {\omega }}).$

Tässä nuoli suureen päällä kertoo sen olevan vektori (suure, jolla on suunta). $\scriptstyle {\vec {F}}_{C}$ on coriolis-voima, m kappaleen massa, $\scriptstyle {\vec {v}}$ nopeus pyörivän pinnan suhteen, $\scriptstyle \times$ vektorien ristitulo ja $\scriptstyle {\vec {\omega }}$ on pyörivän pinnan (esimerkiksi maapallon) pyörimis- eli kulmanopeus.

Etumerkit ovat tärkeitä, sillä ne selittävät miksi coriolis vääntää pohjoisella pallonpuoliskolla liikkuvia kappaleita kuten tykinkuulia oikealle, eteläisellä taas vasemmalle, ja miksi matalapaineet pyörivät Suomessa vastapäivään ja Australiassa myötäpäivään. (Tykinkuulaan coriolis vaikuttaa yksin; matalapaineessa on kyse voimien tasapainosta.) Coriolis-kiihtyvyys on siten kohtisuorassa sekä kappaleen nopeutta että pyörimisakselia vastaan.

Ilmiön vaikutukset maantieteellisesti

Hurrikaani Isabel Bahaman itäpuolella 15. syyskuuta 2003.

Coriolis-ilmiö vaikuttaa maapallolla suuren mittakaavan liikkeisiin, kuten merivirtoihin ja ilmavirtauksiin. Usein kuulee sanottavan, että coriolis-ilmiö ”pakottaa” matalapaineen pyörimään pohjoisella pallonpuoliskolla vastapäivään. Tarkalleen ottaen pohjoisessakin voi kyllä syntyä myötäpäivään pyöriviä matalapaineita, mutta niissä eivät paine-erovoima, kitka ja coriolis-ilmiö koskaan pääse tasapainoon, vaan kitka heikentää tuulta, kunnes paine-erovoima tasoittaa paine-eron ja matalapaine kuolee pois. Sama selitys pätee siihenkin, miksi trooppinen hirmumyrsky ei voi syntyä täsmälleen päiväntasaajalla eikä ylittää päiväntasaajaa.

Jos kappaleen liike on Maan pyörimisakselin suuntainen, Maan pyörimisestä aiheutuva coriolis-kiihtyvyys on nolla. Tämän vuoksi ilmiö ei vaikuta navoilla pystysuoraan liikkeseen eikä päiväntasaajalla pohjois–eteläsuuntaiseen liikkeeseen. Ristitulon mukaisesti Coriolis-voima vaikuttaa päiväntasaajalla itä-länsisuuntaiseen liikkeeseen pystysuuntaisesti. Ilmiön vuoksi ei putoava kappale osu maahan suoraan lähtökohtansa alle vaan hieman siitä itään, paitsi navoilla, mutta tästä aiheutuva poikkeama on häviävän vähäinen, ellei kappale putoa erittäin korkealta.

Maan pyörimisestä aiheutuva coriolis-ilmiö voidaan todeta myös Foucault’n heilurin avulla.

Aiheesta muualla

• Tuorlan observatorio - Coriolisvoima^{[vanhentunut linkki]}