Corioliseffect: verschil tussen versies

Het '''corioliseffect''', genoemd naar de Franse ingenieur [[Gustave-Gaspard Coriolis]], die het in 1835 voor het eerst beschreef, is de verklaring voor de afbuiging van de baan van een voorwerp dat beweegt binnen een roterend systeem. Het is vooral duidelijk bij de beweging van de wolkenmassa's rond een lagedrukgebied, die niet recht naar het centrum van dit lagedrukgebied stromen maar eromheen beginnen te cirkelen. Op het noordelijk halfrond tegen de wijzers van de klok in, op het zuidelijk halfrond met de wijzers van de klok mee. Dit staat bekend als de [[wet van Buys Ballot]]. Een hogedrukgebied kent hetzelfde effect maar met een draaiing in tegengestelde zin.

Snelheid is een [[Vector (wiskunde)|vectoriële grootheid]]. Eenvoudig gezegd, een fysische grootheid die gekenmerkt wordt door een grootte en een richting. Als ééneen van deze elementen verandert, dan treedt er een versnelling op. Bij een punt dat met constante hoeksnelheid op een cirkel beweegt, blijft de grootte van de omtreksnelheid steeds gelijk, maar de richting verandert voortdurend. Deze verandering wordt veroorzaakt door de middelpuntzoekende versnelling.

* de absolute baan: de baan binnen het vast systeem. De snelheid en versnelling volgens deze baan zijn de absolute snelheid v<submath>av_a</submath> en absolute versnelling a<submath>aa_a</submath>;

* de relatieve baan: de baan beschreven ten opzichte van het bewegend systeem. De snelheid en versnelling volgens deze baan zijn de relatieve snelheid v_r en relatieve versnelling a<submath>ra_r</submath>;

Waardoor deze coriolisversnelling optreedt, kan men best begrijpen aan de hand van een tweedimensionaal voorbeeld. Als iemand in het punt <math>P_1</math> staat (afstand <math>r_1</math>), dan heeft hij een omtreksnelheid <math>v_{s,1}</math>. Als hij in <math>P_2</math> staat (afstand <math>r_2</math>) heeft hij een evenredig grotere omtreksnelheid <math>v_{s,1}</math>.

:<math>\frac{\Delta v_s}{\Delta t} = \frac{(r_2-r_1)\cdot \omega}{(r_2-r_1)/v_r} = v_r\cdot \omega</math>

Zo komt men in het totaal aan <math>2 v_r\omega</math>. Dit is de versnelling gezien door een waarnemer in het vaste systeem. Ze wordt meestal de '''complementaire versnelling''' genoemd.

Als men wil dat een punt volgens een rechte lijn naar buiten beweegt op een draaiend plateau, moet er dus een zijdelingse kracht op dat punt werken. Als die zijdelingse kracht niet geleverd wordt, dan zal het punt in de tegengestelde zin afbuigen. Wiskundig betekent het dat er in de relatieve versnelling, de versnelling gezien door de waarnemer in het bewegend systeem, een term moet komen die juist het tegengestelde is van de complementaire versnelling zodat de som van beide 0 is. De man in het bewegend systeem kent dus aan het punt een versnelling <math>-2v_r\omega</math> toe. Het is deze versnelling, zoals waargenomen door de waarnemer in het bewegend systeem, die meestal de '''coriolisversnelling''' genoemd wordt.

:<math> \textstyle a_c = 2\,\omega\, v_r \sin{\theta}</math>&nbsp; &nbsp; met θ de hoek tussen ω en v<submath>rv_r</submath>

De richting is zo dat a<submath>ca_c</submath> loodrecht staat op het vlak bepaald door ω en v<submath>rv_r</submath> en met een zin die overeenkomt met de beweging van een rechtsdraaiende schroef (of kurkentrekker) bij draaien over de kleinste hoek van het eerste argument (-ω) naar het tweede (v<submath>rv_r</submath>).

Voor bewegingen op het aardoppervlak betekent dit dat de coriolisversnelling voor een beweging volgens de evenaar, loodrecht staat op het aardoppervlak. Bij een beweging naar het oosten zal een voorwerp iets opgelicht worden, bij een beweging naar het westen iets neergedrukt worden. Dit staat bekend als het [[eötvöseffect]]. Bij een Noord-Zuid verplaatsing is a<submath>a_\text{cor}=0</submath> =0 omdat v<submath>rv_r</submath> dan evenwijdig is met ω.

Het corioliseffect wordt, onder andere, gebruikt in de [[meet- en regeltechniek]] om massa[[debiet]]en te [[debietmeter|meten]]. De meter bestaat uit ééneen of meerderemeer U-vormige buizen die in trilling gebracht worden. Dit is een heen en weer roteren volgens een as in het vlak van de U. Door het corioliseffect zal bij doorstromen van een massa het ingaande been van de meetbuis in trilling achterblijven op die van het uitgaande been. Het faseverschil tussen in- en uitgaand deel blijkt nu rechteventredig te zijn met het massadebiet en kan eenvoudig omgezet worden in een signaal dat verder verwerkt kan worden.

Een andere aanwending van het corioliseffect zijn de versnellingssensoren in het ABS-systeem van voertuigen. Deze sensoren meten de versnelling rond specifieke assen van het voertuig om het uitbreken of omrollen van een voertuig te registreren. Dit is meetbaar door een uitfase lopen van ééneen of meerderemeer geëxciteerde systemen van veren en capaciteiten als gevolg van het corioliseffect.

Wanneer de puck voor de vaste waarnemer een ellipsvormige baan doorloopt, blijkt dat op de beelden van de meedraaiende video-camera een kleine cirkel te zijn. De diameter is het verschil tussen grote en kleine as van de ellips, de excentriciteit van de ellips. Voor elke complete rondgang van de ellipsvormige baan zijn er twee rondgangen van de kleine cirkel.. Op de beelden van de meedraaiende videocamera ziet het eruit alsof een enkele "corioliskracht" de puck dat kleine cirkeltje laat volgen. Dat kleine cirkeltje wordt een '''inertiecirkel''' genoemd.