Ist die Coriolis-Kraft eine echte Kraft?

Nein, sie ist eine Scheinkraft: sie erscheint nur in der Beschreibung aus dem rotierenden System. Im Inertialsystem gibt es sie nicht: die Scheibe läuft geradeaus, wenn keine echte waagerechte Kraft wirkt.

Warum knickt die Bahn nach rechts ab?

Die Richtung hängt vom Vorzeichen von Ω ab. Dreht die Plattform gegen den Uhrzeigersinn (Blick von oben, wie auf der Nordhalbkugel), geht die Ablenkung nach rechts von der Geschwindigkeit. Im Uhrzeigersinn — nach links. Das Vorzeichen von Ω stellen Sie am Schieberegler um.

Was hat das mit dem Wetter auf der Erde zu tun?

Die Erdrotation ist ein rotierendes System. Luft wird auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt, auf der Südhalbkugel nach links. Daher die Drehung der Zyklone und das Muster von Passaten und Westwinden.

Worin unterscheidet sich das Modell von der Erde?

Eine reibungsfreie Ebene und konstantes Ω. Auf der Kugel hängt die Coriolis-Kraft von der Breite ab: null am Äquator, Maximum an den Polen. Hier ist es im Wesentlichen eine feste „Breite“.

Coriolis-Effekt

Scheibe auf reibungsfreier Drehscheibe: gekrümmte Bahn im rotierenden System, Gerade im Inertialsystem.

Diagramme

Zum Modell

Der Coriolis-Effekt: in einem rotierenden Bezugssystem erscheint die freie Bewegung gekrümmt. Auf der reibungsfreien Plattform läuft die Scheibe im Labor geradeaus (1. Newtonsches Gesetz); relativ zur Plattform ist der Weg gekrümmt. Die Beschleunigung im Plattformsystem ist a = −2ω × v − ω × (ω × r) — Coriolis- und Zentrifugalbeschleunigung. Man stellt Ω, Anfangsgeschwindigkeit und Startrichtung ein und kann die Inertialbahn einblenden. Die Fläche ist ideal glatt, die Drehung gleichförmig, Luftwiderstand fehlt. Das ist keine Erdkugel: die Breite geht nicht ein, Ω ist konstant.

Für wen: 1. Semester: nichtinertiale Systeme, Coriolis-Kraft. Vertiefte Schule — qualitativ.

Wichtige Begriffe

coriolis-effekt
rotierendes bezugssystem
inertialsystem
zentrifugalkraft
scheinkraft
winkelgeschwindigkeit

So funktioniert es

Die Scheibe gleitet auf der Drehscheibe ohne echte waagerechte Kräfte. Im rotierenden System ist die Bahn gekrümmt; im Labor eine Gerade. Die Umrechnung der geraden Laborbahn in Plattformkoordinaten ergibt die Coriolis- und die Zentrifugalbeschleunigung.

Wichtige Gleichungen

a = −2ω×v − ω×(ω×r) (keine echte Kraft), ω = Ωk̂

Komponenten: a_x = Ω²x + 2Ωv_y, a_y = Ω²y − 2Ωv_x

Häufige Fragen

Ist die Coriolis-Kraft eine echte Kraft?: Nein, sie ist eine Scheinkraft: sie erscheint nur in der Beschreibung aus dem rotierenden System. Im Inertialsystem gibt es sie nicht: die Scheibe läuft geradeaus, wenn keine echte waagerechte Kraft wirkt.
Warum knickt die Bahn nach rechts ab?: Die Richtung hängt vom Vorzeichen von Ω ab. Dreht die Plattform gegen den Uhrzeigersinn (Blick von oben, wie auf der Nordhalbkugel), geht die Ablenkung nach rechts von der Geschwindigkeit. Im Uhrzeigersinn — nach links. Das Vorzeichen von Ω stellen Sie am Schieberegler um.
Was hat das mit dem Wetter auf der Erde zu tun?: Die Erdrotation ist ein rotierendes System. Luft wird auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt, auf der Südhalbkugel nach links. Daher die Drehung der Zyklone und das Muster von Passaten und Westwinden.
Worin unterscheidet sich das Modell von der Erde?: Eine reibungsfreie Ebene und konstantes Ω. Auf der Kugel hängt die Coriolis-Kraft von der Breite ab: null am Äquator, Maximum an den Polen. Hier ist es im Wesentlichen eine feste „Breite“.

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