יום רביעי, 7 בנובמבר 2007

אפקט קוריוליס

כוחות מדומים
מתברר שחוקי המכניקה הקלאסית אינם תקפים בכל מערכת ייחוס. למשל, אם אנחנו יושבים במכונית הפונה בחדות שמאלה, נרגיש משיכה בכיוון ימין, ונראה את הנוזל בכוס הקפה נוטה ימינה, כמו גם את הדיסק התלוי על המראה... ואכן, ביחס למכונית נראה שפועל על הגופים כוח, המכונה הכוח הצנטריפוגלי. כוח זה אינו מציית לחוק השלישי של ניוטון, כי אין לו תגובה - למעשה הוא אינו מופעל על-ידי שום גוף. כוח כזה נקרא כוח מדומה.
חשוב לשים לב - המכונית אינה מפעילה את הכוח הצנטריפוגלי. למעשה, היא לאו דווקא מפעילה כוח כלשהו על העצם הנמדד, שהרי היא רק משמשת אותנו כמערכת ייחוס למדידת המיקום של העצם. על מנת להדגיש נקודה זו, נשים לב שהכוח המדומה פועל גם על עצמים מחוץ למכונית, כמו העצים והאבנים בצד הדרך. הוא פועל אפילו על כוכבים מרוחקים מאוד - ובלבד שאנחנו מודדים את המיקום שלהם ביחס למכונית. ואומנם אם נמדוד את מיקומה של השמש במערכת הייחוס של המכונית הפונה נראה שפועל עליה כוח המאיץ אותה ימינה! דוגמה זו מפתיעה, משום שבדרך כלל אנו שמים לב להשפעתם של הכוחות המדומים רק בעצמים הקשורים חלקית למערכת היחוס - גופנו החגור, הקפה הנתון בתוך הספל, והדיסק הקשור בחוט למראה, ועל-כן הכוחות ה"ממשיים" שהמכונית מפעילה והכוחות המדומים, הנוצרים מהאופן שבו אנו מודדים את מיקום העצמים ביחס למכונית מתערבבים בדמיוננו.

מערכות ייחוס אינרציאליות
ראינו שבמערכות ייחוס רבות מופיעים כוחות מדומים, המפרים את החוק השלישי של ניוטון. מערכות הייחוס בהן אין כוחות מדומים, ובהן חוקי המכניקה הקלאסית מתקיימים במלואם נקראות מערכות יחוס אינרציאליות, או פשוט מערכות אינרציאליות.
על מנת לדעת אם מערכת היא אינרציאלית מהבחינה הקלאסית, יש לבדוק האם מתקיים החוק השלישי של ניוטון, כלומר האם לכל כוח הפועל על גוף A, ניתן למצוא גוף B המפעיל אותו, ושעליו פועל כוח מנוגד לאורך אותו ציר. למעשה, ברוב הבעיות המעשיות מסתפקים במערכות אינרציאליות בקירוב. למשל, כדור-הארץ מהווה מערכת אינרציאלית בקירוב טוב לבעיות רבות, למרות שהוא מסתובב סביב צירו וסביב השמש, ולכן אינו מהווה מערכת יחוס אינרציאלית. אכן, לכוח קוריוליס יש השפעה לא זניחה במספר בעיות.