¶ 지식 정보
¶ 풍속
바람의 속력이다.
단위는 주로 를 사용한다.
¶ 전향력과 코리올리 효과
전향력은 지구의 자전에 의해 작용하는 것처럼 보이는 힘이고,
코리올리 효과는 전향력에 의해 물체의 이동 경로가 휘어지는 현상이다.
전향력은 기호로 로 나타내고, 단위는 주로 을 사용한다.
지구는 자전하므로 아래 그림과 같이 자전축으로부터의 거리 이 다를 때, 실제 지면이 움직이는 속력 에 차이가 생긴다.
위도에 따른 지면의 속력 차이에 의해 공중에서 물체가 등속도 운동하는 경우 마치 어떤 힘이 작용하여 이동 방향이 치우쳐 날아가는 것처럼 보이는데, 이때 물체에 작용하는 것처럼 보이는 힘을 전향력이라 한다.
- 북반구에서 물체가 저위도 지역에서 고위도 지역으로 등속도 운동하는 경우:
지면은 고위도 지역이 저위도 지역에 비해 상대적으로 느리게 움직이므로 처음 운동 방향의 오른쪽으로 치우쳐 날아가는 것처럼 보인다.
- 북반구에서 물체가 고위도 지역에서 저위도 지역으로 등속도 운동하는 경우:
지면은 저위도 지역이 고위도 지역에 비해 상대적으로 빠르게 움직이므로 처음 운동 방향의 오른쪽으로 치우쳐 날아가는 것처럼 보인다.
- 남반구에서 물체가 저위도 지역에서 고위도 지역으로 등속도 운동하는 경우:
지면은 고위도 지역이 저위도 지역에 비해 상대적으로 느리게 움직이므로 처음 운동 방향의 왼쪽으로 치우쳐 날아가는 것처럼 보인다.
- 남반구에서 물체가 고위도 지역에서 저위도 지역으로 등속도 운동하는 경우:
지면은 저위도 지역이 고위도 지역에 비해 상대적으로 빠르게 움직이므로 처음 운동 방향의 왼쪽으로 치우쳐 날아가는 것처럼 보인다.
- 같은 위도에서 물체가 서쪽에서 동쪽으로 등속도 운동하는 경우:
물체의 속력이 해당 위도에서 지면보다 빠르므로 동일한 위도에서 원운동을 유지하려면 크기가 더 큰 구심력이 작용해야 한다.
그러나 중력은 거의 동일하므로 원운동의 중심과 멀어지는 방향으로 이동한다.
따라서 북반구에서는 처음 운동 방향의 오른쪽으로 치우쳐 날아가는 것처럼 보이고,
남반구에서는 처음 운동 방향의 왼쪽으로 치우쳐 날아가는 것처럼 보인다.
- 같은 위도에서 물체가 동쪽에서 서쪽으로 등속도 운동하는 경우:
물체의 속력이 해당 위도에서 지면보다 느리므로 동일한 위도에서 원운동을 유지하려면 크기가 더 작은 구심력이 작용해야 한다.
그러나 중력은 거의 동일하므로 원운동의 중심과 가까워지는 방향으로 이동한다.
따라서 북반구에서는 처음 운동 방향의 오른쪽으로 치우쳐 날아가는 것처럼 보이고,
남반구에서는 처음 운동 방향의 왼쪽으로 치우쳐 날아가는 것처럼 보인다.
위 내용을 정리하면 전향력은 북반구에서 물체 운동 방향의 오른쪽 직각 방향, 남반구에서 물체 운동 방향의 왼쪽 직각 방향으로 작용한다.
¶ 전향력의 크기
물체의 단위 질량에 작용하는 전향력의 크기를 , 물체의 속력을 , 지구의 자전 각속도를 , 위도를 라 할 때,
이다.
¶ 전향력 실험
그림과 같이 회전 원판 위에 종이를 올려놓고, 회전 원판을 시계 반대 방향으로 회전시키고,
연필로 회전 원판의 중심에서 바깥쪽으로 자를 따라 일정한 속력으로 선을 그려 본다.
회전 원판의 중심에 가까울수록 종이의 이동 속력이 작으므로 선은 오른쪽으로 휘어진다.
따라서 종이에 그려진 선은 아래 그림과 같다.
실험에서 회전 원판은 시계 반대 방향으로 자전하므로 회전 원판의 중심은 북극점, 회전 원판의 테두리는 적도에 해당한다.
등속도 운동하는 물체가 저위도 지역으로 이동하는 상황과 같다.
¶ 시뮬레이션
¶ 전향력 시뮬레이션
¶ 전향력 실험 시뮬레이션
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $2$
- 의 공기에 작용하는 전향력의 방향 구하기:
전향력은 북반구에서 물체 운동 방향의 오른쪽 직각 방향, 남반구에서 물체 운동 방향의 왼쪽 직각 방향으로 작용한다.
는 북반구에 위치하므로 의 공기에 작용하는 전향력의 방향은 바람의 이동 방향의 오른쪽 직각 방향인 남쪽이다.
- 의 공기에 작용하는 전향력의 크기 구하기:
물체의 단위 질량에 작용하는 전향력의 크기를 , 물체의 속력을 , 지구의 자전 각속도를 , 위도를 라 할 때,
이다.
전향력은 물체뿐만 아니라 유체에도 적용되고 의 풍속이 , 가 이므로 의 공기에 작용하는 전향력의 크기는
,
,
,
이다.
따라서 정답은 번이다.
¶ 2번 문항
