Up 地球におけるコリオリ力/遠心力加速度のスケール 作成: 2022-06-26
更新: 2022-10-13


    球体上の直進軌道は,大円になる。

    球体上の点 \( P \) とそこでの速度 \( \bf{v} \) に対し,\( P \) を通り \( \bf{v} \) が接ベクトルになる大円を \( S \) とする。
    そして, \( P \) を定位するための2つの回転角度 \( S_a,\ P_a \) と,移動を表現するための座標軸を,つぎのように設定する:



    球体が,角速度 \( \Omega \) で自転しているとする。
    球体の半径を \( R \) とする。
    このとき, \( P \) において速度 \( \bf{v} \) の移動には,つぎの加速度がかかる:
      \[ \begin{align} ( & - \frac{v^2}{R}\ cos( P_a ) - v\ \Omega\ cos( S_a )\ cos( P_a ), \\ & - \frac{v^2}{R}\ cos( S_a )\ sin( P_a ) - v\ \Omega\ sin( P_a ), \\ & - \frac{v^2}{R}\ sin( S_a )\ sin( P_a ) ) \\ \ \\ + ( & v\ \Omega\ cos( S_a )\ cos( P_a ) + R \Omega^2 \ cos( P_a ), \\ & v\ \Omega\ sin( P_a ) + R \Omega^2 \ cos(S_a)\ sin( P_a ), \\ & 0 ) \\ \ \\ =\ & \bigl( \ ( - \frac{v^2}{R} + R \Omega^2 )\ cos( P_a ), \\ & ( - \frac{v^2}{R} + R \Omega^2 )\ cos(S_a)\ sin( P_a ), \\ & - \frac{v^2}{R}\ sin( S_a )\ sin( P_a ) \ \bigr) \\ \end{align} \]

    そして,
      \[ \begin{align} ( & - \frac{v^2}{R}\ cos( P_a ) - v\ \Omega\ cos( S_a )\ cos( P_a ), \\ & - \frac{v^2}{R}\ cos( S_a )\ sin( P_a ) - v\ \Omega\ sin( P_a ), \\ & - \frac{v^2}{R}\ sin( S_a )\ sin( P_a ) ) \\ \end{align} \]
    が「コリオリ力加速度」で,
      \[ \begin{align} ( & v\ \Omega\ cos( S_a )\ cos( P_a ) + R \Omega^2 \ cos( P_a ), \\ & v\ \Omega\ sin( P_a ) + R \Omega^2 \ cos(S_a)\ sin( P_a ), \\ & 0 ) \\ \end{align} \]
    が「遠心力加速度」,ということになる。,
      加速度の \( (S_a,P_a) \)-表現


    ただしコリオリ力加速度は,単独では存在しない。
    これは,遠心力加速度を伴う。
    そして,遠心力と合わさってきっちり相殺される部分を含んでいる──上式のつぎの部分:
      \[ - v\ \Omega\ cos( S_a )\ cos( P_a ) \\ - v\ \Omega\ sin( P_a ) \]
    こうして移動が受ける加速度は,「コリオリ力/遠心力加速度」である。



    このコリオリ力/遠心力加速度を,「地球上の移動」で計算してみよう。
    \( R,\ \Omega,\ v \) を,つぎのように設定する:
      \( R \) =1周4万km の球の半径の長さ
      \( \Omega \) = 360度/24時間
      \[ \frac{\pi}{2} R\ [m] = 10^4\ [km] = 10^7\ [m] \ \ \Longrightarrow \ \ R = \frac{2 \times 10^7}{\pi} = 6366198\\ \ \\ \Omega\ [rad/s] \times (60 \times 60)\ [s] = \frac{\pi}{12}\ [rad] \\ \ \ \ \Longrightarrow \ \ \ \Omega = \frac{\pi}{12 \times 60 \times 60} = \frac{\pi}{43200} = 0.000072722 \]

    そして,\( v = 10,\ 100,\ 1000 m/s \) の3つの場合で,\( S_a,\ P_a \) をそれぞれ0度から90度まで,30度おきに変化させてみる。


    結論から言うと,「コリオリ力/遠心力加速度」は非常に小さい。
    \( v \) が非現実的な大きさにならないと,効果が見えて来ない。

    気象学者は, 「コリオリ力が風の流れを曲げる」と言う。
    しかしその「曲がる」は,直進の大円軌道に対して彼らが言う「曲がる」とほとんど差のつかないものである。
    実際,気象学者が「コリオリ力が風の流れを曲げる」と言うとき,彼らは「直進が曲がって見える」を「コリオリ力」の意味にしているのである。──気象学者は,コリオリ力を()解する!

\( v \) = 10 m/秒 (36 km/時)
Sa = 0 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0337 0 0 0.0337
30 0.0291 0.0168 0 0.0337
60 0.0168 0.0291 0 0.0337
90 0 0.0337 0 0.0337
Sa = 30 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0337 0 0 0.0337
30 0.0291 0.0146 -0 0.0326
60 0.0168 0.0252 -0 0.0303
90 0 0.0291 -0 0.0291
Sa = 60 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0337 0 0 0.0337
30 0.0291 0.0084 -0 0.0303
60 0.0168 0.0146 -0 0.0223
90 0 0.0168 -0 0.0168
Sa = 90 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0337 0 0 0.0337
30 0.0291 0 -0 0.0291
60 0.0168 0 -0 0.0168
90 0 0 -0 0
    Pa = 0 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0337 0 0 0.0337
30 0.0337 0 0 0.0337
60 0.0337 0 0 0.0337
90 0.0337 0 0 0.0337
Pa = 30 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0291 0.0168 0 0.0337
30 0.0291 0.0146 -0 0.0326
60 0.0291 0.0084 -0 0.0303
90 0.0291 0 -0 0.0291
Pa = 60 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0168 0.0291 0 0.0337
30 0.0168 0.0252 -0 0.0303
60 0.0168 0.0146 -0 0.0223
90 0.0168 0 -0 0.0168
Pa = 90 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0 0.0337 0 0.0337
30 0 0.0291 -0 0.0291
60 0 0.0168 -0 0.0168
90 0 0 -0 0




\( v \) = 100 m/秒 (360 km/時)
Sa = 0 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0321 0 0 0.0321
30 0.0278 0.016 0 0.0321
60 0.016 0.0278 0 0.0321
90 0 0.0321 0 0.0321
Sa = 30 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0321 0 0 0.0321
30 0.0278 0.0139 -0.0004 0.0311
60 0.016 0.0241 -0.0007 0.0289
90 0 0.0278 -0.0008 0.0278
Sa = 60 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0321 0 0 0.0321
30 0.0278 0.008 -0.0007 0.0289
60 0.016 0.0139 -0.0012 0.0213
90 0 0.016 -0.0014 0.0161
Sa = 90 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0321 0 0 0.0321
30 0.0278 0 -0.0008 0.0278
60 0.016 0 -0.0014 0.0161
90 0 0 -0.0016 0.0016
    Pa = 0 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0321 0 0 0.0321
30 0.0321 0 0 0.0321
60 0.0321 0 0 0.0321
90 0.0321 0 0 0.0321
Pa = 30 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.0278 0.016 0 0.0321
30 0.0278 0.0139 -0.0004 0.0311
60 0.0278 0.008 -0.0007 0.0289
90 0.0278 0 -0.0008 0.0278
Pa = 60 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0.016 0.0278 0 0.0321
30 0.016 0.0241 -0.0007 0.0289
60 0.016 0.0139 -0.0012 0.0213
90 0.016 0 -0.0014 0.0161
Pa = 90 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 0 0.0321 0 0.0321
30 0 0.0278 -0.0008 0.0278
60 0 0.016 -0.0014 0.0161
90 0 0 -0.0016 0.0016




\( v \) = 1000 m/秒 (3600 km/時)
Sa = 0 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 -0.1234 0 0 0.1234
30 -0.1069 -0.0617 0 0.1234
60 -0.0617 -0.1069 0 0.1234
90 -0 -0.1234 0 0.1234
Sa = 30 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 -0.1234 0 0 0.1234
30 -0.1069 -0.0534 -0.0393 0.1258
60 -0.0617 -0.0926 -0.068 0.1304
90 -0 -0.1069 -0.0785 0.1326
Sa = 60 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 -0.1234 0 0 0.1234
30 -0.1069 -0.0309 -0.068 0.1304
60 -0.0617 -0.0534 -0.1178 0.1433
90 -0 -0.0617 -0.136 0.1494
Sa = 90 度
Pa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 -0.1234 0 0 0.1234
30 -0.1069 -0 -0.0785 0.1326
60 -0.0617 -0 -0.136 0.1494
90 -0 -0 -0.1571 0.1571
    Pa = 0 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 -0.1234 0 0 0.1234
30 -0.1234 0 0 0.1234
60 -0.1234 0 0 0.1234
90 -0.1234 0 0 0.1234
Pa = 30 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 -0.1069 -0.0617 0 0.1234
30 -0.1069 -0.0534 -0.0393 0.1258
60 -0.1069 -0.0309 -0.068 0.1304
90 -0.1069 -0 -0.0785 0.1326
Pa = 60 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 -0.0617 -0.1069 0 0.1234
30 -0.0617 -0.0926 -0.068 0.1304
60 -0.0617 -0.0534 -0.1178 0.1433
90 -0.0617 -0 -0.136 0.1494
Pa = 90 度
Sa (度)   ax     ay     az     |a|  
0 -0 -0.1234 0 0.1234
30 -0 -0.1069 -0.0785 0.1326
60 -0 -0.0617 -0.136 0.1494
90 -0 -0 -0.1571 0.1571