[고전역학] 코리올리힘은 가짜힘(1)_수식제외

요약)

-우리는 회전하는 지구 위에 있다.

-지구는 위도에 따라 지표면의 속도가 다르다.

-위의 두 특징으로 인해 우리는 지구위에서 코리올리힘을 받는 것처럼 느낀다.

 

 

 

지구의 위도와 자전의 특징과 코리올리힘이 무슨 관계가 있는지 부터 알아보자.

 

1.위도가 낮을수록 속도(단위시간당 이동거리)는 더 빠르다.

지구는 일정한 각속도(w)로 회전한다.

△l1은 위도가 높을 때, △l2는 위도가 낮을 때의 △t동안 이동한 거리이다.

 

2. 이때, 문제가 생긴다. 예를 들어보자.

도로위 같은 각속도(w)로 달리는 자동차가 있다.

왼쪽 끝에 회전중심이 있을 때,

왼쪽에 위치한 자동차(A)는 속도가 느리고

오른쪽에 있는 자동차(B)는 같은 각속도를 이루기 위해 같은 시간 더 많은 거리를 움직여야 하므로 속도가 더 빠르다.

 

이 상황에서 오른쪽에 위치한 자동차B에서 A를 향해 공을 던지면 A에게 정확하게 전달되지 않는다.

 

이를 지구로, 자동차와 비행기로 확장해보자

지구를 왼쪽으로 눕혀 왼쪽이 위도가 높은 A, 오른쪽이 위도가 낮은 B라고 하면

지표면의 속도는 A가 자동차, B가 비행기의 속도에 맞먹는다고 가정하자.

비행기에서 자동차를 정조준하여 미사일을 발사한다면 위 그림과 같이 자동차보다 한참 앞선 거리에 미사일이 떨어진다.

 

3. 지구 바깥에서 본다면 전혀 이상하지 않다. 하지만, 지구자전을 몰랐다면 도무지 이해할 길이 없다.

지구 바깥) 지구가 자전하는 것을 알고, 2.에서 자동차와 비행기의 예를 이해했다면 이는 전혀 이상하지 않다.

 

지구 위) 지구가 자전하는 것을 인지하지 못한 상태에서는 오른쪽 그림과 같이 내가 쏜 미사일이 자꾸만 목표타겟A보다 오른쪽으로 치우친 C에 떨어진다.

 

B의 눈에는 미사일이 오른쪽으로 방향이 변화된다. 즉, 가속도가 존재한다.

하지만 미사일에 작용하는 오른방향의 힘은 찾을 수가 없다.

 

이는 뉴턴 제 1법칙, '힘이 없다면 가속도도 없다'에 위배된다.

 

후에 지구가 회전하여 이 관성의 법칙이 성립하지 않는 비관성계이기 때문이야!라고 이해할 수 있었지만

그 전에는 도무지 이해할 수 없을일이다.

 

4. 그래서 가상힘, 코리올리 힘을 정의하다.

지구 위에서 북극을 향해 포탄을 쐈는데 자꾸만 우측으로 방향이 변한다.

이 방향을 바뀌는 것이 가상힘, 코리올리 힘이 작용하기 때문이라고 한다.

 

다음 글에서는 수식을 포함하여 이 코리올리의 힘을 계산해보자.

 

출처)한양대 KOCW 신상진 교수님 고전역학1 수업 6차시