單曉文

（太原學院環(huán)境工程系　山西太原　030000）

前言

科里奧利力是由于地球自轉(zhuǎn)導致的一種慣性力，對自然界和人類生活有著不可忽視的影響。本文通過簡單的假設(shè)實驗來探討科里奧利效用原理，同時列出了科里奧利力的計算公式。通過對科里奧利效用原理研究闡述科里奧利力在給排水工程中的引用，引導人們更加深入地去了解科里奧利力，促使科里奧利效用在給排水工程中發(fā)揮更大更有益的作用。

1　科里奧利效應(yīng)理論概述

1.1　科里奧利效應(yīng)的提出

法國數(shù)學家科里奧利在1835年提出科里奧利力，并以此描述為在旋轉(zhuǎn)體系中進行直線運動的質(zhì)點由于慣性影響在旋轉(zhuǎn)體系產(chǎn)生偏移的一種現(xiàn)象?？评飱W利力是在牛頓運動定律的基礎(chǔ)上提出的，以非慣性參照系中的旋轉(zhuǎn)體系為參照系，物體在以旋轉(zhuǎn)體系為參照系下產(chǎn)生的慣性現(xiàn)象則為科里奧利效用。從物理學的角度觀察，科里奧利力是一種特殊且不存在的慣性力，而科里奧利效用是在非慣性系統(tǒng)內(nèi)考慮。

1.2　實驗驗證里奧利效應(yīng)

我們通過一個簡單的假設(shè)實驗來理解科里奧利效應(yīng)的原理：在水平位置放置一個光滑的圓臺，圓臺以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動，并在圓臺中心打一孔洞記為o，將一小球與孔洞o通過細線連接；小球以一定速度v從圓臺中心向任意位置發(fā)射。①在理想狀態(tài)下：小球在圓臺上運動時間為t1在A1點沖出圓臺，小盤轉(zhuǎn)過的角度為ωt1，小球的運動距離為oA1。②在實際狀態(tài)下：由于將地球為慣性參照體系，小球在運動時有徑向的相對速度V2，小球在圓臺上運動時間為t2，實際運動的位置為A2，且從圓心到達A2的時間t2可能小于t1。這就是科里奧利效應(yīng)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是因為將視為質(zhì)點的球體在運動體系中所認為的勻速運動與慣性體系中的勻速直線系統(tǒng)不同所導致的。在運動系統(tǒng)中的質(zhì)點，勻速直線運動是造成質(zhì)點相對于圓臺的速度不變的運動。而在慣性中系統(tǒng)中，勻速直線運動是相對于地面速度不變的運動。

假如把地球看做位非慣性系統(tǒng)，將地球上運動的物體視為質(zhì)點，以地球為參考系，此時物體產(chǎn)生的科里奧利力的表達式為f·K=-2mω×v，在不考慮其他的情況下，比如南北運動和東西運動的物體，如果用矢量分析法中的右手螺旋法則，我們就很容易理解其在運動軌跡上的偏轉(zhuǎn)。

2　科里奧利效應(yīng)在給排水工程上的應(yīng)用

2.1　江河邊取水站位置的確定

眾所周知，自然地理中有一條從實際生活觀察總結(jié)的著名規(guī)律——柏而定律，是指即北半球河流右岸比較陡峭，南半球則左岸比較陡峭。為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象？通過科里奧利效應(yīng)我們了解在北半球以上的河水由于地球自轉(zhuǎn)和自身河水流動速度的共同作用下產(chǎn)生了科里奧利效應(yīng)，通過右手旋轉(zhuǎn)定則確定出河水偏向右岸。偏向右岸的河水中攜帶大量的泥沙，泥沙在河岸的阻擋下慢慢堆積，這就是為什么北半球河流右岸比較陡峭的原因了。地表水取水站位置的選擇是否得當，不但影響取用水的水質(zhì)、水循環(huán)、用水量，而且還影響取水站的投資、施工、運行等經(jīng)濟效應(yīng)。選擇合適的取水位置是取水站工程的一項重要部分，在選取取水站位置之前我們需要確定的目標是：取水位置定于穩(wěn)定的河床和河岸旁，有足夠的流水量和水深。以這為目標我們選取的位置應(yīng)該確定在彎曲的河段上，且位置靠向河流的凹岸。因為水流在科里奧利力和地球自轉(zhuǎn)慣性作用下所形成的凹岸是沒有泥沙堆積的，并且河水足夠深能保證用水量，是理想的取水地點。

2.2　科氏流量計

科氏流量計是市場上一種精確測量質(zhì)量流量的流量計，是科里奧利效應(yīng)在實際生活中最廣泛的應(yīng)用之一?？剖狭髁坑嫷墓ぷ髟硎窃诳评飱W利效應(yīng)為基礎(chǔ)的理論上提出來的，它是利用了金屬元件材料彈性體的共振特點，金屬元件在有流體流動和無流體流動下震動的特性不同，通過震動特性的差異來確定震動系統(tǒng)的相對位差和質(zhì)量流動的關(guān)系。科氏流量計能測量液體、氣體、液氣混合體和糊狀狀態(tài)下的流體質(zhì)量，主要因為科氏流量計測量方式能有效減少流動體在壓力、溫度、密度、流動狀態(tài)等參數(shù)變化下測量誤差，大大增加了測量精度?，F(xiàn)實生活中科氏流量計受到廣大用戶的喜愛，因為在給排水工程中相對于以往通過測量流體的密度和體積再計算得出質(zhì)量的舊辦法，它能直接精確測量管道內(nèi)流體的質(zhì)量流量等數(shù)據(jù)，大幅度減少了工作量還加強了工作效率，科氏流量計是一件性價比高并且實用的好產(chǎn)品。

2.3　水力混合、反應(yīng)池

科里奧利效應(yīng)在水力混合反應(yīng)池的設(shè)計上也有廣泛的運用，要想設(shè)計的水力混合反應(yīng)池高效節(jié)能，必須讓反應(yīng)池內(nèi)的水流方向與科里奧利力方向相同。同樣在設(shè)計盤管式交換器時，也要讓盤管內(nèi)水流方向與科里奧利力作用方向保持一致，水流方向和科里奧利方向保持一致能有效的減少水壓對盤管內(nèi)的磨損。在自來水廠中常見的隔板反應(yīng)池也就是水力攪拌式反應(yīng)構(gòu)筑物，它有回轉(zhuǎn)式和往返重復(fù)式兩種類型，在回轉(zhuǎn)式隔板反應(yīng)池中的水流在反應(yīng)池的轉(zhuǎn)彎處水頭損失較大，損失的水頭降低了反應(yīng)池內(nèi)絮凝效果，在回轉(zhuǎn)式隔板反應(yīng)池的設(shè)計之中應(yīng)該考慮這部分水頭損失。反應(yīng)池的設(shè)計結(jié)合科里奧利力效應(yīng)所得出結(jié)論：在北半球上反應(yīng)池的水流方向按順時針方向設(shè)計，南半球上反應(yīng)池的水流方向按逆時針方向設(shè)計，水流方向與科里奧利力方向相同，減小水頭損失提高工作效率。

3　總結(jié)

科里奧利效應(yīng)是自然界中一種非常重要的效應(yīng)，本文通過假設(shè)實驗的方式研究科里奧利效應(yīng)原理，將科里奧利效應(yīng)與實際生活相結(jié)合，探討科里奧利效應(yīng)在給排水工程上的影響和應(yīng)用。

[1]程守洙，江之永.普通物理學（第五版）.北京：高等教育出版社，2001.

[2]楊 欽，嚴煦世.給水工程（第2版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3]仝 猛，任萍，陳 明.單直管科氏質(zhì)量流量計結(jié)構(gòu)研究[J].航空計測技術(shù)，2000，20（4）：7～9.