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코리올리 힘 공식 유도 질문이요...
게시물ID : science_34539짧은주소 복사하기
작성자 : 슈크군
추천 : 0
조회수 : 10967회
댓글수 : 1개
등록시간 : 2014/04/20 17:05:08
이 와중에 이런거 여쭤봐서 죄송합니다만..
02학번 공대생인데 학원선생님하는 여자친구가 이런걸 질문했는데 당차게 대답해주고
미적분한 선형대수 공업수학 책 2시간째 붙들고 있는데 도저히 기억이 안나네요;;
 
코리올리는 아래 유도 식을 보고 있구요... 근데 도저히 한군데 이해가 안되는데가 있어서 (빨간색으로 표시하겠습니다)
 
 
어떠한 물체가 위도 %5Cphi%20%20 에서 속도 %5Coverrightarrow%20%7B%20v%20%7D%20 로 이동하고 있을 때, 지구의 반지름을 R%20 , 각속도를 %5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%20 라 하면, 그 물체의 변위는 지구 중심을 원점으로 잡은 구심좌표계에서의 위치 벡터 %5Coverrightarrow%20%7B%20R%20%7D%20로 나타낼 수 있다. 이때 물체의 속도는
v%5Cequiv%20%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20R%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%20이다.
이때, 지구관찰자가 본 물체의 속도와 우주관찰자가 본 물체의 속도는 다른데, 우주 관찰자가 본 속도는 지구관찰자가 본 물체의 속도에다 지구 자체의 속도를 더한 것이 된다.
따라서
%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20space%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%3D%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%5C%5C%20(%5Cfrac%20%7B%20d%20%7D%7B%20dt%20%7D)%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20space%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%3D(%5Cfrac%20%7B%20d%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20)%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20
이 된다.
이를 가속도를 구하기 위해 한 번 더 미분하면
(바로 이 부분, 이 아랫줄이 이해가 안됩니다. (ab)' = a'b + ab'인데 왜 aab가 나오죠?)
%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20space%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%5E%7B%202%20%7D%20%7D%3D(%5Cfrac%20%7B%20d%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20)(%5Cfrac%20%7B%20d%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20)%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%5C%5C%20%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20space%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%5E%7B%202%20%7D%20%7D%3D(%5Cfrac%20%7B%20d%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20)(%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D)%5C%5C%20%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20space%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%5E%7B%202%20%7D%20%7D%3D%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Cfrac%20%7B%20d%20%7D%7B%20dt%20%7D(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D)%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D)%20%7D%5C%5C%20%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20space%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%5E%7B%202%20%7D%20%7D%3D%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D)%20%7D%20
이다. 이때 지구각속도는 변하지 않으므로%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%3D0%20
%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20space%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%5E%7B%202%20%7D%20%7D%3D%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%2B2(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D)%2B%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D)%20%7D%20이다.
%5Cfrac%20%7B%20d%5E%7B%202%20%7D%5Coverrightarrow%20%7B%20R%20%7D%20%7D%7B%20dt%5E%7B%202%20%7D%20%7D%3D%5Coverrightarrow%20%7B%20a%20%7D%20 이고, %5Coverrightarrow%20%7B%20F%20%7D%3Dm%5Coverrightarrow%20%7B%20a%20%7D%20 이며%5Cfrac%20%7B%20d%5Coverrightarrow%20%7B%20R%20%7D%20%7D%7B%20dt%20%7D%3D%5Coverrightarrow%20%7B%20v%20%7D%20이므로
%5Ccombi%20_%7B%20space%20%7D%7B%20F%20%7D%3D%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20F%20%7D%2B2m(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20v%20%7D%20%7D)%2Bm%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Ccombi%20_%7B%20earth%20%7D%7B%20R%20%7D%20%7D)%20
따라서 우추 관찰자가 어떠한 물체가 힘을 받으며 움직이는 것을 관찰할 때, 지구 관찰자는 이를 설명하기 위해서 두 가지의 가상적 힘이 더 필요하다. 이때, 세 번째 항은 바로 원심력이며, 두 번째 항이 바로 코리올리 힘이다. 코리올리힘은 벡터곱에 의해 지구관찰자가 보는 물체의 속도와 지구 회전축에 둘 다 수직으로 나타나며, 이때 지구 표면에 수직한 힘2m(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20R%20%7D)cos%5Ccombi%20%7B%20%5Cphi%20%20%7D%20과 수평 한 힘  2m(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20R%20%7D)sin%5Ccombi%20%7B%20%5Cphi%20%20%7D%20  으로 성분분해를 할수 있다. 수평으로 작용하는 코리올리힘은 물체의 지구에 서본 속도와 지구 자전축에 항상 수직함으로, 또 다시 동서방향과 남북방향 성분으로 나눌 수 있다. 이 때문에 동서방향과 남북방향으로의 전향력의 효과가 나타나게 되고, 이를 수식적으로 표현하면
%5Coverrightarrow%20%7B%20F%20%7D%3D2m(%5Coverrightarrow%20%7B%20%5Comega%20%20%7D%5Ctimes%20%5Coverrightarrow%20%7B%20R%20%7D)sin%5Ccombi%20%7B%20%5Cphi%20%20%7D%20로 나타나게 된다.
 
고수님들 답변 좀 해주세요 ㅠㅠ
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