Die Corioliskraft

Die Corioliskraft
Was ist die Corioliskraft?
Diese Kraft wurde 1835 nach dem französischen Physiker Gaspard Gustave de Coriolis benannt, der herausfand, dass jedes Teilchen das sich auf der Erde bewegt, auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt wird. Der Grund für diese Ablenkung ist die beschleunigende Kraft der Erdrotation. Die Corioliskraft entsteht durch die Drehbewegung der Erde um ihre eigene Achse, was man Rotation nennt. Die Rotation der Erde um ihre eigene Achse führt somit zu einer Ablenkung von bewegten Luftmassen und Wassermassen, die entscheidend von der Corioliskraft beeinflusst werden. Auswirkungen der Corioliskraft durch die Erdrotation
Die Erdkugel dreht sich von West nach Ost um ihre eigene Achse. Für eine komplette Umdrehung (360°) benötigt die Erde 24 Stunden. Während dieser Zeit legen unterschiedliche Orte auf der Erde verschiedene Strecken zurück, zum Beispiel legt Uganda 40000km in 24 Stunden zurück und Sankt Petersburg legt 20000km in 24 Stunden zurück.
1) Ablenkung eines Luftteilchens vom Nordpol zu einem Äquatorort
Bewegt sich ein Luftteilchen (z.B. ein Flugzeug) über einer Erdkugel, die sich nicht bewegt, vom Nordpol zu einem bestimmten Ort am Äquator, dann muss es sich nur geradeaus fortbewegen und kommt nach einer bestimmten Zeit dort an. Bewegt sich jetzt aber ein Luftteilchen über einer rotierenden Erdkugel vom Nordpol zu einem Ort am Äquator, so hat sich der Ort während der Flugzeit (z.B. Flugzeit von 6 Stunden) um 10000km weiter nach Osten bewegt, weil sich die Erde von West nach Ost dreht. Dies würde bedeuten, dass das Flugteilchen sein Ziel verfehlt. Das Flugteilchen wurde bei seinem Flug nach rechts abgelenkt.
2) Ablenkung eines Luftteilchens vom Südpol zu einem Äquatorort
Bewegt sich ein Luftteilchen (z.B. ein Flugzeug) über einer Erdkugel, die sich nicht bewegt, vom Südpol zu einem bestimmten Ort am Äquator, dann muss es sich nur geradeaus fortbewegen und kommt nach einer bestimmten Zeit dort an. Ebenso wie vom Nordpol zu einem Äquatorort. Bewegt sich jetzt aber ein Luftteilchen über einer rotierenden Erdkugel vom Südpol zu einem Ort am Äquator, so hat sich der Ort während der Flugzeit (z.B. Flugzeit von 6 Stunden) um 10000km weiter nach Osten bewegt, weil sich die Erdkugel von West nach Ost dreht. Dies würde bedeuten, dass das Flugteilchen sein Ziel verfehlt. Das Flugteilchen wurde bei seinem Flug nach links abgelenkt.
3)Ablenkung eines Luftteilchens von einem Äquatorort zum Nordpol
Bewegt sich ein Luftteilchen über einer Erdkugel, die still steht, von Uganda aus über Sankt Petersburg zum Nordpol, dann muss es sich dazu nur geradlinig fortbewegen und kommt zum Beispiel nach 6 Stunden am Nordpol an. Ein Luftteilchen, das auf einem Äquatorort still steht, bewegt sich auf einer rotierenden Erdkugel in Wirklichkeit mit der Mitführgeschwindigkeit von 463 m/s in Ostrichtung. Bewegt sich nun ein Luftteilchen von seinem Äquatorort in Richtung Norden, führt es also nicht nur seine Eigengeschwindigkeit mit sich, sondern auch die Mitführgeschwindigkeit in Ostrichtung von 463 m/s. Daraus ergibt sich eine tatsächliche Geschwindigkeit. Da Sankt Petersburg sich nur mit einer Geschwindigkeit von 231 m/s nach Osten bewegt, fliegt das Luftteilchen rechts an Sankt Petersburg vorbei, denn die Mitführgeschwindigkeit des Luftteilchens ist größer als die von Sankt Petersburg. Daraus ergibt sich eine Rechtsablenkung des Teilchens.
Einfluss der Corioliskraft auf die Luft
Die Corioliskraft lenkt alle Bewegungen, also auch bewegte Luft nach rechts oder links ab. Die Corioliskraft wirkt auf die Stärke und Richtung von Winden: Luftmassen, die vom Äquator nach Norden wehen, werden dabei nach Osten abgelenkt, Winde, die von Norden zum Äquator strömen, geraten in Gegenden mit einer schnelleren Rotation und werden nach Westen abgelenkt. Die Corioliskraft ist somit verantwortlich, dass sich Luftmassen um großräumige Hochdruckgebiete auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn, um Tiefdruckgebiete gegen den Uhrzeigersinn bewegen. Aufgrund des Druckgefälles strömt die Luft bei Tiefdruckgebieten nach innen. Durch die Corioliskraft wird diese Strömung auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt und dadurch ergibt sich eine gegen den Uhrzeigersinn gerichtete Rotation.
Zu den Druckunterschieden kommt es dadurch, dass Luft durch die Einstrahlung der Sonne erwärmt wird. Durch die Temperatur verändern sich auch die Dichte und damit der Druck. So entstehen Druckunterschiede zwischen den unterschiedlichen warmen Luftmassen. Luft verlangt immer danach, vom höheren zum tieferen Druck zu wandern, um den Unterschied wieder auszugleichen. Dieses Druckgefälle hat eine Kraft zur Folge, die als Druckgradientkraft D bezeichnet wird. Dieser Ausgleich kann nicht einfach dadurch geschehen, dass Luft vom Hochdruckgebiet direkt in das Tiefdruckgebiet gelangt, denn daran wird die Luft von der Corioliskraft gehindert. Wenn Luft vom hohen Druck zum tiefen Druck wandert, wird diese Bewegung von der Corioliskraft abgelenkt, so dass sich die Luft um das Hochdruckgebiet schließlich dreht, auf der Nordhalbkugel rechts herum und auf der Südhalbkugel links herum. Das heißt dann auch, dass sich die Luft um ein Tief auf der Nordhalbkugel links herum dreht und auf der Südhalbkugel rechts herum.
Einfluss der Corioliskraft auf Eisenbahnschienen
Eisenbahnschienen (auf der Nordhalbkugel), die nur in eine Richtung befahren werden, sind auf der rechten Seite mehr abgenutzt als auf der linken Seite, aufgrund der Rechtsablenkung durch die Corioliskraft. Auf der Südhalbkugel wirkt die Corioliskraft genau anders herum, so dass dort dann die linke Seite mehr abgenutzt ist als die rechte Seite.
Die Stärke der Corioliskraft
Die Corioliskraft Fc lässt sich mit folgender Formel berechnen:
Fc=(4•pi•m•v•siny)/T
m steht für die Masse des bewegten Körpers
v ist der Betrag der Geschwindigkeit
sin y ist der Sinus des Winkels y der geografischen Breite
T ist die Umlaufdauer der Erde um ihre eigene Achse = 24 Stunden
Die Stärke der Corioliskraft Fc in Abhängigkeit von der geografischen Breite
Durch die Erdrotation bewegt sich ein Körper am Äquator mit einer Geschwindigkeit v=463 m/s in Richtung Osten. Am Äquator bewegt sich der Körper am schnellsten. Je weiter er Richtung Norden geht, desto geringer wird seine Geschwindigkeit (Ortsgeschwindigkeit).
Rotationsgeschwindigkeiten alle 9° (alle 1000km) in nördlicher Richtung

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