张春成

V2

2022/01/30阅读:53主题:默认主题

科里奥利力

科里奥利力

本体论追求并提炼万物的本源, 在遇到抽象现象时往往会遇到阻碍。

比如“科里奥利力”,这个找不到施力物的, 甚至受力物体都感受不到的,无形的力。

认识论就简单很多, 只要认识它就可以了。


有形的力

力当然是无形的,这是废话。 但大多数情况下,它总是具有某种形式, 比如,

  • 推力:需要物质之间的接触和形变;
  • 电磁场:需要源, 它可以是产生静电、磁场,交变电、磁场,或者其他乱七八糟形状的场的各种各样的源;
  • 引力:需要质量源;
  • ……

这些力都能找到施力物,只不过力的生效媒介不同

其中, 代表环境参数, 物体 受到由 所发端的力的“影响”( )。

在这个范畴内, 本体论还是有施展空间的, 因为不管它的“本体”是多么复杂的玩意, 总能找到这个“本体”。

直到我们发现了一种“力”, 它只改变物体的运动状态, 但找不到任何东西可以当作施力物,

注意,这里的找不到是真的

在逻辑上不存在

的意思。 而并不是说由于受到手段所限, 它太小、太大或政治上过于不正确而导致的404错误。

事实上,这种捣乱的玩意不是臆想,而是存在的, 科里奥利力就是其中常见的一种。

科里奥利力

科氏力的来源是角动量守恒的宏观规律, 但我们不能因此就说施力物是角动量守恒。 因为这样的话,本体论就会陷入过于平凡的境地。

角动量守恒

角动量守恒是宏观物体必须遵守的规则。 如果我们在地球的赤道上放置一个球, 这个球与地面保持静止。 那么就意味着,它需要与地球的自转保持同步。

它就拥有一个确定的、不变的、 绕地球自转轴的角动量。

这里它具有了一个沿纬度方向、指向北方的初速度, 它会怎么运动呢?

  • 一路向北吗? 显然不是,因为越往北走, 它与自转轴之间的距离就越短, 要保持角动量不变, 则它的角速度需要越大;

  • 结果呢,它的轨迹会呈现出一段十分“蜿蜒”的曲线

    【这是一段棒到不行的视频】

  • 从侧面看,它的运动轨迹如以下视频所示

    【这是一段棒到不行的视频】

科里奥利力

在地面上看,向北走的时候, 我们的物体就像是受到了“向右转”的力, 而事实上,却没有任何实在的力作用于它, 这就产生了一个矛盾。

这种矛盾的分析如下: 由于地球表面曲率极小, 因此,如果我们把它近似成平面的话, 一个物体具有向北的初速度, 而越往北,它向东的速度就快, 我们显然需要对它向右转的现象进行解释。

而力是改变物体运动状态的原因, 所以这里显然需要用力的概念来描述这个现象。 注意,这里的力并没有合适的施力物体, 而是动量守恒规律的外在表现。

这就是认识论发挥作用的地方, 我们观察到了一个现象, 用人们可以理解的方式去解释它, 而无须对它的要素进行规定。 于是这种基于角喜欢是守恒的,类似于惯性系的力, 就有了一个认识论的名字,叫做“科里奥利力”。

这就解释了如下的现象:

在科氏力的作用下, 在北半球,物体总是受到向右的力; 而在南半球,物体总是受到向左的力。

如下图所示

Motion Invariance
Motion Invariance

本文的代码可见我的 Observable Notebook[1]

参考资料

[1]

Observable Notebook: https://observablehq.com/@listenzcc/motion-invariance

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