作者：張偉偉  來源：力學酒吧

科氏加速度是以法國科學家科里奧利（Gustave Gaspard de Coriolis，1792～1843）命名的，科氏意思就是姓科的（這種語氣是不是有點不敬），不過科里奧利（Coriolis）整體是姓，稱其為科氏，就犯了馬克思姓馬的常識性錯誤，因此科氏加速度準確的說應該是科里奧利加速度（Coriolis accel）。

運動學中與科里奧利相關的有三個概念：科里奧利效應，科里奧利加速度，科里奧利力，科里奧利效應是通過科里奧利加速度和科里奧利力來體現的。在理論力學中，主要討論科里奧利加速度，科里奧利力似乎在氣象學中用的多。

 

1835年，科里奧利在研究水輪車中發現除了離心力還有另外一種“復合離心力”，就是我們現在所說的科里奧利力，有人把這種現象稱為科里奧利效應。不過，人們對這種效應的認識最初來自對地球是否自轉的爭辯。

我們知道基督教篤信地心說，而日心說一直是地心說最大的挑戰，他們各自都在在尋求證據以證明自身理論的正確性。

 

為了支持地心說，1651年意大利天文學家和天主教神父Giovanni Battista Riccioli 和他的助手Francesco Maria Grimaldi進行了反證法。他們假設如果地球是自轉的，那么向北發射的炮彈會偏轉（因為地球轉動了），不可以命中目標；而向東/西發射的炮彈（順著地球轉動的方向）就可以命中目標。然后指出在實際中顯然缺少這樣的證據，從而反對日心說，堅持地球在宇宙中心保持不動的觀點。

Riccioli批駁：水平的炮打向東可命中目標，豎直炮打向北極不能命中目標

https://en.wikipedia.org/wiki/Giovanni_Battista_Riccioli#The_"Coriolis_Effect"_Argument

 

另外一個比較著名的例子是，法國牧師、數學家1674年Claude Fran?ois Milliet Dechales 在他的Cursus seu Mundus Mathematicus中反駁說如果地球自轉的話必然會可以引起的落體和炮彈軌跡偏轉。例如他描述落體運動，假設地球在運動，地球的塔也會轉動，由于塔頂會比地基運動的快（離地心比地基遠），如下圖所示，從塔頂上扔下一個球，就不會掉在地基處，而應該是在地基的東邊。他說這也不符合實際。

Dechales：如果地球在轉房頂就會比地基轉的快，落體運動就像上圖

https://en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_force

實際上，飛行的炮彈、以及高處落下的球的確會受到科里奧利力作用，只不過這種影響很小而已，以當時的測量技術還不易觀察到。雖然，Riccioli，Grimaldi和Dechales等人胡說一氣，設想出了如果地球自轉的效應以證明地球不動，但是，這在客觀上卻為發現地球自轉、以及討論轉動系統上運動物體的規律提供了思路。

 

17世紀時，落體在水平方向上的偏移受到了廣泛的關注。1749年，歐拉曾給出了一種科里奧利加速度的數學計算公式，當時被稱為歐拉加速度。

Anders O. Persson 2005

科里奧利加速度定義為2倍的旋轉系統角速度矢量叉乘相對速度矢量

1803年，德國Schlebusch做了一個落體運動，將29顆鵝卵石丟入90m深的井筒中，其平均水平偏移量為8.5mm，高斯和拉普拉斯對此進行過理論分析，結果約為8.8mm，基本一致。

 

這些研究為科里奧利提供了良好的研究基礎，1835年，科里奧利在《物體系統相對運動方程》中指出：如果物體在勻速轉動的參考系中作相對運動，就有一種不同于通常離心力的慣性力作用于物體，并稱這種力為復合離心力?？评飱W利起初并沒有意識到他的力的價值，只是將其視為離心力的一部分，和離心力一起來用（如下圖）。

Anders O. Persson 2005

在20世紀早期科里奧利效應這一發現被冠以“科里奧利加速度”廣泛流傳，到1920年以后人們又普遍稱“科里奧利力”。到19世紀末，科里奧利力成為氣象學中的重要概念，氣象學中的臺風旋轉方向、沿等壓線運動的氣旋等，都需要借助于科里奧利力來解釋。

 

對于科里奧利力和科里奧利加速度，有一點需要特別強調，兩者的方向是相反的。在學習中必須注意科里奧利力是慣性力，所謂慣性力就是保持物體原有狀態的力，因此如果物體要向左加速，其慣性力就向右。慣性力就像離心力一樣，是一種虛擬的力。

 

科里奧利力可以解釋日常生活中的很多現象，例如北半球的河流右岸通常比較陡峭。根據科里奧利力的右手螺旋法則(見下圖)，可推出在北半球運動的物體，其所受的科里奧利力向右。

因此，北半球的河流由于有向右的科里奧利力，就會沖刷右岸，右岸就比左岸顯得陡峭。

右岸陡峭

http://www.sohu.com/a/209419180_224832

北半球臺風逆時針旋轉，就是因為臺風眼是一個低壓區，當四面八方的風吹向低壓區時，由于科里奧利力的存在就發生了偏轉，并且在離心力、科里奧利力、風壓等作用下形成一種穩定的旋轉結構。

http://tech.qq.com/a/20140622/005693.htm

科里奧利力在我們日常生活也存在一定的影響，例如我們行走中就會受到科里奧利力，有人計算過一個70kg的人以2m/s行走的人，其受到的科里奧利力約為0.0016N，每小時會偏差15度。為此我們的右腳一直要用力不斷的矯正，因此右邊的鞋子通常會磨損的厲害一些！

據說人還會產生科里奧利加速度錯覺，例如，人在行駛的車輛中扭頭時會失去方向感。記得在學駕照時，教練讓觀察停車線在窗戶上出現的位置停車，很多人會緊盯窗戶觀察停止線，隨著停止線在窗戶上的移動，頭就做了旋轉運動，產生科里奧利加速度錯覺，車也就在不知不覺的向左偏向。飛行員翻轉訓練中要做針對性的訓練，口訣為：看外不動內，動內不看外（看外邊就不做動作，做動作就不看外邊）。駕駛員應該記住這個口訣，以防科里奧利加速度錯覺。

除了科里奧利力，科里奧利還于1829年（27歲）在《Calculation of the effect of machines》中明確提出“功”的概念。至此，動能和功的概念才被糾正。

 

科里奧利非常聰明，16歲（1808年）時以全校第二名的身份被巴黎綜合理工大學（the école Polytechnique）錄取，24歲（1816）留校工作，從事摩擦和水力學研究。37歲（1829年）成為中央制造與藝術學院（école Centrale des Arts et Manufactures）的力學教授，44歲（1836年）接替了納維在巴黎路橋學院（école Nationale des Ponts et Chaussées）和法國科學院（Académie des Sciences）的位置，兩年后（1838年）接替杜隆在巴黎綜合理工大學（the école Polytechnique）的研習主任職務，51歲（1843年）在巴黎去世。

 

巴黎埃菲爾鐵塔上鐫刻了72位法國著名科學家的名字，科里奧利是其中之一。

參考文獻

賀蜀山, 林順洪, 劉安明. 趣談科氏加速度[J]. 科技創新導報, 2007(1):96-97.

Anders O. Persson. The Coriolis Effect:Four centuries of conflict between common sense and mathematics,Part I: A history to 1885

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