کوریولیس در زمین تخت / (اثبات ایستاده و بی حرکت بودن زمین!) :

در این مقاله به کوریولیس در زمین تخت می پردازیم.


نحوه عملکرد کوریولیس در مدل کروی

کوریولیس کوریولیس

نحوه عملکرد کوریولیس در مدل  زمین تخت :

کوریولیس در زمین تخت
کوریولیس در زمین تخت

توضیحات :

شتاب کوریولیس چیست؟

شتاب کوریولیس یک پدیده فیزیکی است که برای یک جسم در حال
حرکت در خط مستقیم بر روی یک سطح چرخشی اتفاق می افتد .به تصویر بالا نگاه کنید:در
تصویر اول توپ بر روی یک خط راست بر روی یک پلتفرم ثابت درحال حرکت است.
توپ از هیچ شتاب جانبی ای اجتناب نمی کند .هنگامی که پلتفرم شروع به چرخش می کند،
توپ شروع به خم کردن مسیر خود کرده و در نتیجه ثابت می شود که یک حرکت غیر خطی
و غیر مستقیم داشته است.این شتاب جانبی به عنوان شتاب کوریولیس شناخته می شود.این یک
پدیده مهم است که می تواند ثابت کند زمین حرکت نمی کند.
برای مثال، بیایید توپ را اینگونه در نظر بگیریم که مسیر خطی خود را از مرکز این پلتفرم
شروع میکند .بگذارید بگوییم این پلتفرم با سرعت 0.1 در ثانیه میچرخد که به معنای 6rpm
یا 628.0 sec/rad است. توپ در ابتدا در مرکز پلتفرم قرار دارد، بنابراین نمیتواند به علت
سرعت محیطی پلتفرم در هر نقطه کشیده شود چرا که در مرکز این سرعت صفر است و با
توجه به رابطه:
Vp = ω ∙ r
که Vp سرعت محیطی، ω نوسان و r شعاع پلتفرم است. r می تواند از صفر در مرکز
تا R که شعاع بیرونی است متفاوت باشد .

سرعت محیطی بر روی یک دیسک به بیشترین مقدار خود درحاشیه و لبه ها
میرسد
بدین ترتیب وقتی که توپ حرکتی مستقیم خود را از مرکز به سمت حاشیه پلتفرم آغاز می
کند، سرعت به دلیل افزایش شعاع به طور مداوم افزایش می یابد .اگر توپ حرکت مستقیم
خود را حفظ کند، باید یک شتاب جانبی به معنای چرخش داشته باشد، اما نمی تواند. شتاب
جانبی که توپ باید داشته باشد تا مسیر خطی خود را حفظ کند ، می توان با این فرمول بیان
کرد:
Ac = 2 ∙ V ∙ ω
که Ac شتاب کوریولیس ، V سرعت توپ ، و ω نوسان است. در این مثال، توپ آزادانه به
در هر مسیری که بخواهد چرخش میکند. پس زمانی که پلتفرم شروع به حرکت کرد، توپ به
عنوان نتیجه ای از قوانین اینرسی به سمت پایین منحرف میشود.
اما حال موردی را در نظر بگیرید که زمانی که توپ به سمت چپ بر روی پلتفرم هدایت
میشود، همانطور که در تصویر زیر نیز میبینید، توپ مجبور به دنبال کردن پلتفرم و حرکت
در یک خط و مسیر صاف به سمت لبه پلتفرم است. در این حالت توپ با همان سرعت ω
پلتفرم میچرخد. توپ مقید دو هدایت کننده است:

برای حفظ این حرکت مستقیم توپ بر روی پلتفرم، هدایت کننده باید نیروی کوریولیس را
اعمال کند:
Fc = m ∙ a = m ∙ 2 ∙ V ∙ ω
این یک نیروی واقعی است نه یک نیروی ظاهری که توسط ویکی پدیا نیز به آن اشاره شد.
حال بیایید این ایده را بر روی کره پیاده کنیم به خصوص بر هواپیما هایی که بر فراز زمین
پرواز میکنند.

یک هواپیما که در جهت شرق و غرب حرکت می کند اثر کوریولیس آن را تحت تاثیر قرار
نمی دهد زیرا سرعت زمین در عرض جغرافیایی ثابت تغییری نخواهد کرد.
اما یک هواپیما که از A بلند میشود، به نقطه A( جهت شمال به جنوب ) نمی رسد )همانطورکه
در تصویر بالا نشان داده شده است). مگر اینکه مسیر آن با کمک یک شتاب کوریولیس تنظیم
شود.سپس می تواند به نقطه X برسد. وقتی کمی در اینترنت تحقیق کنید، می توانید این
موضوع را بیابید که هواپیما ها دارای برخی از سیستم های الکترونیکی هستند که می تواند
مسیر را به درستی تصحیح کند.اما این واقعا درست است؟ بیایید بررسی کنیم .

برای مثال، یک هلیکوپتر را که می تواند حداکثر ۵۰۰ کیلومتر بر ساعت پرواز کند را در
نظر بگیرید که از قطب شمال بلند میشود، زمین آن را با سرعت محیطی اش نمی کشد چون
قطب در محور است 0=r بنابراین 0=Vp
حال فرض کنید هلیکوپتر منحصرا در جهت جنوب پرواز کند و سرعت آن تنها یک
جزء(مولفه ) جنوبی ۵۰۰ کیلو متر بر ساعت داشته باشد. اما یک اتفاق خطرناک در زیر
هلیکوپتر درحال رخ دادن است. با ادامه حرکت به سمت جنوب، زمین شتاب خود را با توجه
به دلیل چرخش در جهت غرب-شرق ادامه میدهد. این یک اثر از افزایش شعاع است چرا که
r افزایش یافته است. وقتی هلیکوپتر به استوا می رسد، R=r یا به عبارتی 6371 km باید
سرعت محیطی حدود ۱۷۰۰ کیلومتر بر ساعت داشته باشد. آیا هلیکوپتر میتواند مسیر خود
را تصحیح کند؟ زمانی که هلیکوپتر بر فراز زمین به عنوان مثال در ایتالیا پرواز میکند، شاهد
حرکت باورنکردنی زمین با سرعت 1200 کیلومتر برساعت هستیم.

نه به این دلیل که حتی اگر شروع به دنبال کردن زمین در امتداد خط استوا کند، می تواند تنها
۵۰۰ کیلومتر بر ساعت داشته باشد. سوخت تمام شده است. هلیکوپتر تلاش می کند فرود
بیایید، اما در همان لحظه فرود ازبین میرود.
برای یک خواننده معمولی این ممکن است بیش از حد نظری و پیچیده به نظر برسد پس یک
مثال ساده از زندگی روزانه برای آن دسته از خوانندگان میزنیم. مردی را تصور کنید که بر
روی تخت خود دراز کشیده و تازه قصد دارد از خواب برخیزد. یک تردمیل را تصور کنید
که پایین بستر خواب  او( قسمتی که پای مرد به زمین برخورد میکند )قرار دارد که با سرعت سرسام
آور ۱۰۰۰ کیلومتر بر ساعت درحال حرکت است. آیا مرد میتواند بلافاصله از تخت پایین
آمده و فعالیت های روزانه اش را انجام دهد؟ معلوم است که نه!. او  پس از اینکه او پای خود را
بر روی تردمیل میگذارد بلافاصله به سمت دیوار پرتاب میشود و جان خود را از دست
میدهد و رسما گوشت کوبیده میشود.
این یک توضیح کاملا واضح و شفاف بود. نشان دادیم که با توجه به دلایل ذکر شده زمین
نمیتواند حرکتی داشته باشد و باید ایستاده و ثابت باشد.
یک زمین متحرک . چرخان ‏ باید در نزدیکی استوا سریعتر و در نزدیک
قطبین با سرعت کمتر و بصورت آهسته تری چرخش کند. اما هیچ تفاوت سرعتی در نقاط
مختلف سطح زمین وجود ندارد چه در قطب شمال یا جنوب باشید چه در استوا هیچ تفاوتی
وجود ندارد. بنابراین زمین چرخشی ندارد. حال به سراغ برخی ایراداتی میرویم که ممکن
است به متن بالا گرفته شود:

ایراد: در هنگام چرخش زمین، اتمسفر نیز با زمین درحال حرکت است و همه چیز از جمله
هلیکوپتر را نیز همراه خود با یک نیروی جانبی میکشد که نیروی کوریولیس را خنثی میکند.

آیا واقعا چنین است؟!

در ادامه به تصویر بعدی دقت کنید

ما فرض کردیم که هلیکوپتر سفر خود را از قطب شمال آغاز کرده است. همانطور که از
تصویر استنباط میکنید، برای فواصل طوالنی، باد قطبی به سمت غرب می وزد نه شرق که
برای غلبه بر نیروی کوریولیس ضروری خواهد بود. سرعت این باد ها چقدر خواهد بود؟

باید در نظر بگیرید که بادها مشخصات لگاریتمی ای با ارتفاع دارند. بنابراین با توجه به
فرمول زیر بادها در سطح زمین با سرعت پایین و در ارتفاعات با سرعت بسیار زیادی
حرکت میکنند:

Vz و Vs سرعت هایی هستند که به ترتیب در ارتفاع z و سطح زمین می باشند و hz و
hs ارتفاعات مربوطه می باشند. n ضریبی است که ماهیت ناحیه مورد نظر را در سطح
زمین مشخص میکند. این فرمول بادهایی با مشخصات زیر ایجاد میکند

بنابراین اگر ما بادی با سرعت s/m 3 در ارتفاع 10 متری داشته باشیم، میتوانیم به سادگی
بادی با سرعت 7 یا حتی s/m 12 در ارتفاع 2000 متری داشته باشیم. این باد میتواند بر این
فشار فرضی اتمسفر بر هلیکوپتر که با توجه به کوریولیس چرخش زمین را با سرعت زیاد
در زیر خود احساس میکند غلبه کرده یا آن را خنثی کند.


پاسخ دوم:
اگر چنین است، بگذارید آونگ فوکو را در نظر بگیریم. همانطور که در صفحات پیشین
خواندیم، حرکت چرخشی آونگ درهنگام نوسان به عنوان علتی برای حرکت زمین استفاده
میشود. چرا در این مورد اتمسفر هیچ تاثیری بر آونگ ندارد؟ چرا مانع چرخش آونگ در
اتصال با زمین نمیشود؟ اگر باز هم فکر میکنید ایرادی که برای هلیکوپتر گرفتید صحیح است،
پس باید برای آونگ هم آن را در نظر بگیرید. این یک بطور کامال واضح و شفاف نشان میدهد
که اتمسفر زمین هیچ اثری به منظور خنثی کردن نیروی کوریولیس اعمال نمیکند.
حال چه چیز دیگر را میتوان به موضوع اضافه کرد؟ منظور با توجه به آونگ فوکو است. این
آونگ همیشه برای نشان دادن حرکت زمین بکار میرود. این به این خاطر است که در مسیر
نوسانش، نصف النهار ها را دنبال نمیکند و این مفهوم را میرساند که وقتی داخل یک هلیکوپتر
نشسته اید، زمانی که برای مدت کوتاهی در هوا توقف میکند، باید بتوانید حرکت زمین را در
زیر پاهایتان مشاهده کنید. اما این هرگز اتفاق نیوفتاده است. آزمایشات بسیاری نشان داده اند
که آونگ فوکو تنها در صورتی مطابق انتظارات رفتار میکند که در یک جهت انتخابی با دقت
و نیروی اولیه خاصی حرکت داده شود. یک تکان معمولی برای آونگ حرکتی مطابق
انتظارات را در پی نخواهد داشت. نتیجه این است که آونگ فوکو نمیتواند به عنوان دلیلی برای
حرکت زمین در نظر گرفته شود.
خب برای اینکه بتوانیم همچنان بر سر موضوع استوار باشیم، میتوانیم آزمایش guglielmini
را مورد بحث و گفگتو قرار دهیم. او آزمایشی طراحی کرد و تعدادی توپ را از برجی با
ارتفاع ۱۰۰ متر در Boulogne به سمت زمین رها کرد. داستان این را میگوید که او در
آزمایش خود این را یافت که توپ زمانی که به سمت زمین درحال سقوط است جابجایی ای در
حدود ۱۷ سانتیمتر به سمت شرق دارد. توضیحات این آزمایش بیان میکند که قسمت بالایی
برج با توجه به فرمول زیر سرعت محیطی بیشتری نسبت به قسمت پایینی آن دارد:

V = ω ∙ r

این آزمایش نشان میدهد که یک جسم در هوا توسط زمین یا اتمسفر کشیده نمیشود بلکه با
سرعت محیطی نقطه ای که حرکت خود را از آنجا آغاز کرده حرکت میکند که در مورد
بالا، قسمت بالایی برج است.
بنابراین اگر نتایج آزمایش guglielmini را معتبر و درست در نظر بگیریم، پس میتوانیم
اظهارات خودمان را نیز درباره غیرممکن بودن دنبال کردن زمین توسط هواپیما ها معتبر و
درست در نظر بگیریم.

اما آیا این آزمایش معتبر و صحیح است؟ بیایید بررسی کنیم.

توپ سرعت محیطی ای دارد که سرعت محیطی قسمت بالایی برج است. نیمه پایینی برج با
سرعت کمتری حرکت میکند زیرا به مرکز زمین نزدیکتر است. بنابراین مشخصات یک
سرعت مثلثی را میتوانیم ببینیم )مانند آنچه در تصویر صفحه بعد میبینید(. علم میگوید توپ
با سرعت محیطی قسمت بالایی برج به سمت زمین می آید و در هنگام سقوط به سمت شرق
حرکت میکند.

به عنوان یک نتیجه از این آزمایش، اگر یک هلیکوپتر بصورت عمودی حرکت کند و سپس
بایستد، به عنوان مثال یک ساعت در همان مکان توقف کند، باید حرکت زمین را در زیر
احساس کرده و مشاهده کند. این باید رخ بدهد چون زمانی که هلیکوپتر باال میرود، سرعت
محیطی زمین را در خود حفظ میکند. اما در ارتفاعی به عنوان مثال ۲۰۰۰ متر، هلیکوپتر
باید سرعت بیشتری برای ماندن در آن نقطه داشته باشد. بیایید محاسبات را با فرض اینکه
هلیکوپتر بر روی یک فرودگاه در استوا قرار دارد انجام دهیم. استوا سرعت محیطی ای برابر
با ۱۶۷۰ کیلومتر بر ساعت دارد )در شعاع ۶۳۷۸ کیلومتر(.
هلیکوپتر شروع به پرواز بصورت عمودی میکند و به ارتفاع ۲۰۰۰ متر میرسد. بیایید
سرعتی که هلیکوپتر باید در آن ارتفاع داشته باشد تا در حالت عمودی بماند را محاسبه کنیم:

Vp = ω ∙ r

در فرمول صفحه قبل Vp سرعت محیطی و ω سرعت چرخش است که بصورت رادیان بر
ثانیه بیان شده است.

آبشار و ستون دود:

حتما با جستجو در اینترنت تصاویری از ستون های دود عظیمی را دیده اید که از کوه های
آتشفشان خارج میشوند و به ارتفاعات بسیار بالا نیز میرسند. بسیاری از افراد از این پدیده به
عنوان دلیلی برای سکون زمین استفاده میکنند. همچنین برخی همان ایده را برای آبشار های
بسیار بلند نیز بکار میبرند و از آنجا که آبشار در مسیر مستقیم خود به سوی زمین خم
نمیشود (به دلیل وجود کوریولیس) آن را دلیلی برای نقض حرکت زمین میدانیم.

اما آیا درحقیقت چنین پدیده هایی نشان میدهند که زمین حرکت نمیکند؟
بیایید بررسی کنیم.

اولین اصل دینامیک بیان میکند: یک جسم در سکون تمایل به ساکن ماندن و یک جسم در
حرکت تمایل به حرکت در یک سرعت و یک جهت دارد مگر اینکه یک نیروی خارجی به
آن اعمال کنیم.
دانشمندان باور دارند که زمین در فضا درحال حرکت است و هیچ نیروی خارجی نمیتواند
بر اتمسفر و در نتیجه بر ستون دودی که ایجاد شده اعمال شود. اما درباره شتاب با توجه به
چرخش چه؟ از آنجایی که زمین میچرخد اولین اصل دینامیک بطور کامل توسط شتابی که
از چرخش ایجاد میشود غیر قابل استفاده خواهد شد. پس بیایید با محاسبه پیش برویم.

در نظر داشته باشید که یک فوران آتشفشان میتواند ستون دودی تا ارتفاعات زیاد تشکیل دهد.
به عنوان مثال در سال ۲۰۱۴ آتشفشان Shiveluch در روسیه ستون دودی با ارتفاع ۱۰
کیلومتر ایجاد کرد.
برای اینکه محاسبات را ساده تر کنیم، تصور کنید این آتشفشان بر روی استوا قرار دارد که
شعاع زمین در استوا ۶۳۷۸ کیلومتر است و سرعت محیطی در قسمت پایینی ستون دود حدود
۱۶۶۹٫۳ کیلومتر بر ساعت می باشد)این باید سرعت چرخش زمین در استوا باشد(.
وقتی ۱۰ کیلومتر را به شعاع اضافه میکنیم که با ارتفاع ستون دود مطابقت دارد، به سادگی
میتوان به سرعت ۱۶۷۱٫۸ کیلومتر بر ساعت رسید. فرمول زیر را باید خاطر بیاورید که با
آن سرعت محیطی را محاسبه میکنیم:

Vp = ω ∙ r

ما ۲-۳ کیلومتر تفاوت تاثیر چندانی ندارد. با در نظر گرفتن این حقیقت که سرعت باد با
افزایش ارتفاع، افزایش پیدا میکند و حتی میتواند به سرعتی بیش از ۳ کیلومتر بر ساعت
برسد، در نتیجه تفاوت اندکی که در سرعت وجود دارد درواقع قابل ارزیابی نیست و نمیتوان
آن را به عنوان دلیلی بر حرکت نکردن زمین در نظر گرفت و همین نیز میتواند توضیح دهد
که چرا از آبشار نیز نمیتوان به عنوان دلیلی برای سکون زمین استفاده کرد. اما موضوع جایی
متفاوت میشود که جهت حرکت ستون دود شمال-جنوب باشد. در این حالت، شتاب کوریولیس
باید بطور محسوسی بر ستون دود تاثیر بگذارد.
به تصویر زیر دقت کنید. یک تصویر تاثیر گذار از آتشفشان Eyjafjallajökull که در سال
۲۰۱۰ فوران کرد و مشکالت بزرگی برای فرودگاه های اروپا ایجاد کرد. همانطور که میبینید
ستون دود مسیری به سمت جنوب میرود )با توجه به قدرت وزش باد در آن مسیر(. علاوه بر
آن، وقتی که سرعت محیطی کره را در عرض جغرافیایی ایسلند در نظر میگیریم و دیگری
را به عنوان مثال در سطح ایتالیا، تفاوتی حداقل ۲۰۰ کیلومتر بر ساعت محاسبه میشود.
ستون دود به ایتالیا وارد شد و برای فرودگاه میلان مشکلاتی به وجود آورد. اما همانطور که
اشاره کردیم و باید به خاطر داشته باشید، زمین در ایتالیا با سرعت باورنکردنی ۱۲۰۰ کیلومتر
بر ساعت میچرخد )در ایسلند سرعت محیطی تقریبا ۱۰۰۰ کیلومتر بر ساعت است.

چگونه یک ستون دود میتواند شتاب مورد نیاز را بدست آورده و به سرعت کافی ای برای
حفظ مسیر حرکت صاف خود برسد و شکل خود را حفظ کند؟ و پس از آن به راحتی به کل
اروپا برسد؟ عالوه بر آن در نظر داشته باشید که شتاب کوریولیس باید بر ستون دود اعمال
شده و آن را به سمت چپ منحرف و خمیده کند. چرا باید چنین پدیده ای را میدیدیم اما شاهد آن
نبودیم؟ چون فرض شده که زمین به سمت شرق درحال حرکت است و ستون دود باید به سمت
غرب منحرف شود. این مسیر صاف از حرکت ستون دود به هیچ وجه توسط چرخش زمین
تحت تاثیر قرار نگرفت که نشان میدهد زمین چرخشی به دور خود ندارد و کامال ثابت است.
چرخش زمین باید اثری بر بادها نیز بگذارد. به عنوان مثال به بادهای بسامان )یا باد های
تجاری( فکر کنید. این باد ها از مناطق گرمسیری به سوی استوا می وزند و جهت وزش آنها
شمال-جنوب است. باید به یاد داشته باشید که اثر کوریولیس تنها به چیز هایی که در این جهت
هستند اعمال میشود و آنان را تحت تاثیر قرار میدهد. هلیکوپتری که در جهت شرق-غرب
حرکت میکند به هیچ وجه تحت تاثیر کوریولیس قرار نمیگیرد. این بادها از هوای گرم )گرم
شده توسط خورشید( که در عرض های جغرافیایی استوا هستند نشات میگیرند. بنابراین باال
رفتن جریان های گرم ، هوا را در مناطق گرمسیری تحت فشار قرار میدهد )هوا را می ِکشد(.
علم بیان میکند که این بادها با توجه به کوریولیس در مسیری منحرف )غیر مستقیم( می
وزند.اما با کمی تحقیق، متوجه خواهید شد که این بادها در طول سال با سرعت متوسط ۱۸
کیلومتر بر ساعت می وزند. عالوه بر آن در مناطق گرمسیری سرعت محیطی زمین باید در
حدود ۱۵۳۰ کیلومتر بر ساعت باشد. این درحالیست که ادعا شده زمین در استوا با سرعت
۱۶۷۰ کیلومتر برساعت درحال چرخش است. این بدان معناست که بادهای بسامان یا تجاری
باید با سرعتی حدود ۱۴۰ کیلومتر برساعت بوزند.
مورد آخر اینکه اگر بادهای قطبی و بادهای بسامان در مسیر درستی وزش داشته باشند که
توسط اثر کوریولیس ایجاد شده، چه موتور پر قدرتی وجود دارد که بادها را به مناطق معتدل
هل میدهد تا در مسیر دیگری بوزند که حتی سریعتر از زمین در جهت شرق حرکت میکنند؟

مسیر اصلی وزش جریان های بادی توسط هیچ عامل کوریولیسی تحت تاثیر قرار نگرفته و
این نشان میدهد که زمین در حقیقت هیچ حرکتی ندارد. تنها نیروی موجود ، نیروی ایجاد شده
حاصل از چرخش جهان و اجرام آسمانی به دور زمین است.

آنالیز چرخش جو

هرچند در بخش های قبلی اثبات کردیم که زمین نمیتواند چرخشی داشته باشد و جو نیز به
همان نسبت چرخشی ندارد، اما تصمیم بر این است که بصورت کامل و دقیق تر ادعای چرخش
جو زمین را زیر ذره بین ببریم.
متأسفانه اعتراض افراد آکادمیک به این موضوع، به بهانه قانون اینرسی (تمایل ماده به حفظ
وضع حرکتی خود) راه به جایی نیافت. این همان قانون گالیله و اولین قانون نیوتن است.
پاسخ معمول آنها این است که: همه اشیاء سقوط کرده دارای اینرسی هستند و بنابراین ، زمین
در حال چرخش آنها را پشت سر نخواهد گذاشت . قانون اینرسی در هیچ شرایطی در جو
(هوای اتمسفر) قابل اجرا نیست . گالیله خواستار این بود ، که قانون اینرسی (تمایل ماده به حفظ وضع
حرکتی خود ) فقط در صورت عدم وجود هوا معتبر است اما باورمندان به تئوری خورشید
مرکزی، مفهوم قانون اینرسی درهوای اتمسفر را گسترش دادند . اگر قانون گالیله در هوا
صادق می بود، واقعا باید از او قدردانی میکردیم چرا که زمین ما را از آلودگی فسیل ها در
امان نگه میداشت. به عنوان مثال شخصی را درهواپیمای در حال حرکت درون محیط
اتمسفر در نظر بگیرید، او هواپیما را با یک چتر نجات ترک می کند، طبق قانون اینرسی آن
شخص با همان سرعت هواپیما ، در کنار آن حرکت خواهد کرد. بی شک او باید با داشتن
چنین قدرت ماورائی ای در خود احساس غرور کند هواپیما در حال مصرف کردن انرژی با
پروانه هایش است و او بدون هیچ سوختی به راهش ادامه میدهد . در واقعیت و در این لحظه
او متوجه خواهد شد که هواپیما از او جلوتر است و در هوا رها شده، چرا که حرکت اینرسی
با وجود هوا به پایان میرسد . علیرغم اینکه آیا این یک استدلال درست است یا خیر، درواقع
این یک واقعیت شناخته شده از زمان تمدن های باستانی است. با وجود جو (هوای اتمسفر)
قانون اینرسی کار نمیکند. اگر شیءای را چند متر به بالا پرت کنید دوباره به دستان شما
برمیگردد ، نه به دلیل قانون اینرسی، بلکه به خاطر بی حرکتی و بی تحرکی زمین . شما نمی
توانید اکسیژن را از هوا تنفس کرده و در مورد قانون اینرسی صحبت کنید.

به نظر نمی آید اما قطعا اینکه چرا در قرن ۲۱ ، کسی نمیتواند چرخش زمین با سرعت
۱۶۶۹٫۸ کیلومتر در ساعت در استوا را احساس کند، باعث نگرانی یا تعجب برخی افراد شده
است. حتی با وجود آزمایشات متعدد که توسط دیتون میلر، مایکلسون مورلی، جرج سایناک ،
جرج ایری و… انجام شده بود و همگی یک زمین ثابت را نشان می دادند، جوامع علمی
اصرار داشتند كه جو (اتمسفر) با زمین صلب (سفت و سخت) در حال چرخش است. شاید ،
آنها به این موضوع توجه نمیکنند که سرعت زمین با عرض جغرافیایی زمین متفاوت است.
از آنجا که زمین (در مدل خورشید مرکزی) سرعت های متفاوتی در طول و عرض های
مختلف جغرافیایی دارد، از این رو مولکول های هوا باید سرعت مکانی در هر عرض
جغرافیایی مشخص از زمین صلب داشته باشند. الگوهای سرعت هوا و فشار ناشی از چرخش
زمین چه هستند؟ حداکثر سرعت هوا حداکثر فشار (فشار دینامیک) در استوا که زمین در
این ناحیه بیشترین سرعت یعنی ۱۶۶۹٫۸ کیلومتر در ساعت را دارد باید جهت یابی شود. از
طرف دیگر ، حداقل سرعت هوا و حداقل فشار (فشار دینامیکی) باید از قطب شمال و جنوب
جهت یابی شود چرا که سرعت چرخش در قطبین صفر است. این تنظیم فشار مناسب ترین
مسیر برای طوفان ها است. افت فشار بین دو ناحیه (از فشار زیاد به فشار کم). هیچکس تا به
امروز سرعت زمین را حتی با فناوری های پیشرفته اندازه گیری نکرده است. دانشمندان
سرعت اجزای میکروسکوپی زمین ، اتمها و مولکول ها را اندازه گیری کرده اند ، اما در
اندازه گیری سرعت چرخش زمین، همواره با شکست مواجه شده اند. چرخش زمین از طریق
هیچ آزمایش، مشاهده و روش تجربی ای قابل اثبات نیست. در ادامه با استدلال های بیشتری،
آن را ثابت خواهیم کرد. اما در اینجا سرعت زمین را با یک دستگاه شناخته شده یعنی دستگاه
پیتوت استاتیک (وسیله سنجش سرعت حرکت مایعات) اندازه گیری خواهیم کرد. لوله
استاتیکی پیتوت ، که در شکل صفحه قبل نشان داده شده، ابزاری است برای اندازه گیری
سرعت هواپیما با اندازه گیری اختلاف بین فشار استاتیک و فشار کل برای یک موقعیت و
شرایط معین. این ابزاری است که تأیید می کند شی در حال حرکت است یا خیر.
این وسیله از دو خروجی با آرایش های قائم و موازی جهت حرکت جریان تشکیل شده است.
بخش مشخص شده B در تصویر، وابسته به نیروی محرکه هواست که فشار کل Pb را اندازه
میگیرد . فشار کل جریان در هر نقطه معین، فشاری است که اگر جریان مجبور به توقف
آنتروپی ثابت از سرعت صفر شود، حاصل میشود . این یک فشار ضربه ای است که در جهت
مخالف حرکت اشیاء در حال حرکت مانند اتومبیل ، هواپیما و… به وجود می آید. بخشی که با
نام A در تصویر نشان داده شده است به موازات هوای جنبشی ، فشار هوای استاتیک Pa را
اندازه گیری می کند. فشار استاتیک فشار هوایی است که در معرض هیچ شرایط تحریکی قرار
نمی گیرد اما دارای مولفه حرکتی-حرارتی میباشد . لوله پیتوت، فشار کلی جریان را در B
اندازه گیری می کند، و فشار استاتیک در A را برای ارتفاع معین، از صفر به بالاتر اندازه
می گیرد. اگر فشار B برابر با فشار A باشد در این صورت فشار داینامیک برابر با صفر
خواهد بود. از این رو، سرعت جریان دارای مولفه صفر است یا به طور دقیق تر فقط سرعت
حرارتی خود را دارد. درواقع ، شرایط آیرودینامیکی برای اجسام غیر متحرک زمانی بوجود
می آید که استاتیک (ایستایی) و فشار کل برابر باشند. درغیر این صورت اگر فشار B از فشار
A زیادترباشد، یعنی PA > PB در این صورت جریان دارای سرعت جنبشی است و دلالت
بر حرکت جسم دارد. سرعت جریان هوا بر اساس عدد شناخته شده ماخ در آیرودینامیک طبقه
بندی می شود. عدد ماخ نسبت سرعت جریان (V)بر سرعت صدا (a )است در نقطه حرکت
با دمایی معین ، به این معنا که:

جریان مافوق صوت (1> M) قابل فشرده سازی است و امواج شوک درامتداد لوله پیتوت
شکل می گیرند. همچنین می توانید از آن عکس بگیرید و تصویر را به یکی از مراکز یا جوامع
علمی باورمند به مدل خورشید مرکزی ارسال کنید و باورهایشان را مورد تحسین قرار دهید.
سرعت جریان هوا (لایه هم جوار به سطح زمین) در استوا همان سرعت زمین صلب در نظر
گرفته می شود. نمی تواند کمتر از ۱۶۶۹٫۸ کیلومتر در ساعت باشد ، اما کمی بیشتر از
۱۶۶۹٫۸ کیلومتر در ساعت است. در یک سیستم چرخشی ، سرعت زاویه ای ( = r ω ( به
روشنی ، برای مسافت بیشتر بزرگتر است و برعکس. میانگین دمای هوا در استوا را ۳۰
درجه سانتیگراد در نظر بگیرید (۳۰۳ درجه کلوین) سپس سرعت صوت ۳۴۸ متر بر ثانیه
است، و عدد ماخ (M) برابر با ۱٫۳۳ است. از این رو استوا منطقه ای است که در آن = M
33.1 ، این عرض جغرافیایی یک جریان مافوق صوت و فشرده شده است. به طور مداوم ،
منطقه اصلی دوم برای جریان هوای صوتی و قابل فشرده سازی تعیین می شود ، 1 = M به
جای ارزیابی عدد ماخ از عرض جغرافیایی معین ، ما دوباره محاسباتی را برای یافتن عرض
جغرافیایی زمین برای عدد ماخ انجام میدهیم.
این در هر دو جهت کار می کند. سرعت چرخش با عرض جغرافیایی زمین مطابق با معادله
شماره ۶ است. بنابراین برای یافتن درجه عرض جغرافیایی به عنوان تابعی از سرعت چرخش
زمین صلب ، که آن هم سرعت گردش هوا است، در اینجا بصورت مجدد تنظیم شده است.
میانگین درجه حرارت هوا را ۲۰ درجه سانتیگراد در نظر بگیرید (۲۹۳ درجه کلوین) ، سپس
سرعت صوت برابر است با ۳۴۲ متر بر ثانیه. از آنجا که a = V ، سرعت چرخش برابر
است با ۱۲۳۲ کیلومتردر ساعت.
درجه عرض جغرافیایی φ از رابطه زیر بدست می آید:

این بسیار واضح است که اگر زمین دارای یک چرخش روزانه بود، جریان هوا در سطح
زمین، سرعت متغیر (نه حرارتی) ، فشار متغیر (نه استاتیک) و تراکم متغیر (نه عادی)
میداشت. علم آیرودینامیک در این خصوص واضح است؛ باید جریان هوا (داینامیک) از منطقه
33.1 = Mبه منطقه 0 = M تولید شود. از منطقه با چگالی بالا (در خط استوا) به منطقه با
چگالی کم (در قطب ها). چنین جریان هوا و چنین سازوکاری با این فشار هوا وجود ندارند.
موقعیت این سازوکارها زندگی همه گونه های جانوری زمین را خاتمه می دهد. واقعیت این
است که ، فشار سطح استاتیک دریا با یک واحد فشار هوا (یک اتمسفر) برابر است:

که درشرایط عادی استنتاج بر “عدم چرخش” زمین دارد. شما می توانید با استفاده از لوله
استاتیک پیتوت در عرض جغرافیایی زمین ، این واقعیت را تأیید کنید. در یک روز عادی و
بدون وزش باد، لوله استاتیک پیتوت باید فشار کل ۱٫۰ اتمسفر را نشان دهد که برابر با فشار
استاتیک است. در غیر این صورت ، باید کالیبره شود. این تحقیق تأیید می کند که سرعت
جریان هوا بجز سرعت استاتیک حرارتی مؤلفه دیگری ندارد. اگر لوله استاتیک پیتوت را نگه
دارید، به این شکل است که بخش B با جریان هوا و بخش A با انفجارهوا روبرو می شود؛
لوله ۱٫۰ اتمسفر (یک واحد فشار هوا ) را نشان میدهد. در یک روز عادی و استاندارد اگر
فشار B در یک دستگاه کالیبره شده با فشار A برابر نبود ، باید برای کاهش فوری فشار با
سازمان ملل متحد تماس بگیرید. این درست و یک حقیقت است. باورمندان به مدل خورشید
مرکزی ادعا می کنند که ما چرخش زمین را احساس نمی کنیم. این مسئله مربوط به احساس
نیست؛ این یک موضوع مرتبط با سرعت و فشار است. چه عواملی باعث می شوند که مولکول
های هوا یک چرخش روزانه را تجربه کنند؟ یا فرض کنیم که یک ماهیواره (هوابُر یا اِیرفُویل
Airfoil )هوا را همراه با چرخش زمین حمل میکند یا اینکه فرض کنیم لایه بیرونی جو از
یک لایه جامد ساخته شده است. هر دو فرض متعلق به داستان های علمی تخیلی پیرامون
تئوری خورشید مرکزی هستند. هیچ کس نمی پذیرد که ماهیواره ها هوا را حمل میکنند و یا
اینکه لایه بیرونی جو هوا جامد است و خلاء نیست (طبق تئوری خورشید مرکزی). علت
چرخش لایه هوا در سطح دریا بدون پیش گام است . همچنین شیوه چرخش توسط مغز طبیعی
انسان قابل پیش بینی نیست. نمی توان یک رویداد بزرگ مانند چرخش لایه هوا در سطح زمین
را به همراه زمین صلب باور کرد که توسط انسان مدرن نیز قابل اندازه گیری نباشد.


 

چرخش اتمسفر: آنالیز بیشتر

مدل متعارف:
گردش جهانی جریان هوا را می توان در یک مدل دو مرحله ای توضیح داد. ابتدا با سه
فرض ساده شروع می کنیم:
زمین تحرکی در فضا ندارد
سطح زمین از مواد مشابهی تشکیل شده است
گرمایش خورشیدی و از دست دادن تابش مادون قرمز باعث گرادیان درجه حرارت هوای
گرم در استوا و هوای سرد در قطب ها می شود و هوای گرم را از استوا به سمت قطب ها
می کشد.
181
هوا در استوا با همگرایی و انتقال گرما، بصورت عمودی به سمت بالا میرود و سپس توسط
گرادیان دمایی به قطب ها کشیده می شود. در قطب ها، هوا سردتر شده و برای تکمیل چرخه
جریان به سمت سطح می آید. اکنون بیایید فرض کنیم زمین در فضا میچرخد و فرض اول (در
بالا) را تغییر می دهیم. اگر چنین باشد، چرخش زمین باعث ایجاد سه سلول گردشی (نه یک
سلول) در هر نیمکره می شود. نیروی کوریولیس باعث می شود که هوای قسمت بالایی که از
سمت استوا حرکت می کند، در عرض جغرافیایی 30 درجه از غرب به شرق دچار تغییر
مسیر و انحراف شود که جت استریم مناطق نیمه گرمسیری است. اثر کوریولیس همچنین باد
های تجاری شمال شرقی (انحراف سمت راست) و باد های تجاری جنوب شرقی (انحرافات
سمت چپ) را ایجاد می کند. هوای سطحی درحال حرکت از مناطق نیمه گرمسیری به سوی
قطبها توسط شتاب کوریولیس جهت تولید باد های غالب غرب (غرب وزان) هدایت می شود.
به ترتیب بین عرضهای 30 و 60 درجه شمالی و جنوبی، بادهای بالایی هوا که به سمت قطبها
می وزند، تحت تأثیر نیروی کوریولیس قرار می گیرند تا جریان جت قطبی را از غرب به
شرق به جریان بیاندازند. علت اصلی باد های غرب به شرق به وضوح نیروی کوریولیس
است.
لختی هواپویشی (آیرودینامیک اینرسی) باید بادهای بالایی را در خلاف جهت چرخش، از
شرق به غرب، با بیشترین سرعت در استوا، بطوری که بیشترین سرعت مماسی 1054 مایل
بر ساعت و 0 در قطبین باشد ، حرکت دهد. هواي سطحي در استوا باید در طول لایه مرزی
کوچک، با سرعت چرخشی مشابه با استوا کشیده شود. اما باید با افزایش ارتفاع در سرعت
نسبت به سطح ،افزایشی را شاهد باشیم که در نهایت نزدیک به 1054 مایل در ساعت است
(نسبت به سطح، نه یک چارچوب لختی). برای یک ناظر در یک چهارچوب لخت به دور از
اثرات چرخشی زمین، هوای قسمت بالایی ثابت می شود و استوا با سرعت 1054 مایل در
ساعت حرکت می کند. برای یک ناظر زمینی، هوای اطراف بایستی ثابت و هوای قسمت
بالایی در 1054 مایل در ساعت حرکت کند. بگذارید ببینیم چه میشود اگر چنین چیزی حقیقت
داشته باشد: یک نسخه مینیاتوری از گردش هوا در سطح مقطع را می توان هنگام تکان دادن
یک فنجان قهوه و سپس اضافه کردن مقداری خامه در آن دید. یا تصویر ماهواره ای از یک
طوفان که نشان دهنده همان الگوی گردابی پایه است. در نتیجه باد های جوی باید در اصل
شرق به غرب باشند. زمین حرکت مشخصی از غرب به شرق در زیر لایه هوا دارد. برای
درک اثر چرخش، توپ درحال چرخش جامدی را در یک محیط مایع به عنوان یک مدل تعامل
جو با زمین قرار دهید، سپس یک الیه مرزی همرا با خطوط گردابی که درحالت مارپیچی
درحال خارج شدن است را مشاهده میکنید. این خطوط مارپیچی تا جایی ادامه می یابد که هوا
با توجه به سیستم لختی- ستارگان ثابت (یا مرکز زمین) ثابت شود . نمایه شتاب ارتفاع با زاویه
عرض جغرافیایی lat باید بصورت زیر نوشته شود:

(lat (cosine mph 1054) = lat(v182

شتاب باید بصورت نمایی با ارتفاع در استوا از 0 به 1054 افزایش یابد. بر اساس چرخه هادلی
و مدل نیروی کوریولیس:
– اگر جریان جت در هر کجا وجود داشته باشد باید در استوا از شرق به غرب باشد اما اینطور
نیست.
– یک جت استریم غرب به شرق در اواسط عرض جغرافیایی نیمه شمالی قرار دارد اما مکان
و جهت آن اشتباه است.
– یک جت استریم ارتفاع بالا جنوبی از شرق به غرب وجود دارد که مکانش اشتباه است.
– به نظر میرسد که باد های پایدار در هر نقطه ای، در ارتفاعات، باید در حدود 50 نات (گره)
باشند.
از این رو، به نظر می رسد که زمین چرخشی نداشته باشد اما باید بدانید که علت باد های
مختلف گرادیان دمایی و فشار است. اینطور به نظر می رسد تنها به یک بخش از نیروی
کوریولیس توجه میکنند، نه ویژگی اصلی اش که انتقال از یک شتاب به یک چارچوب لخت
است. به یاد داشته باشید که نیروی کوریولیس ، تنها توسط یک زمین متحرک ایجاد نمیشود .
اگر جهان (شامل تمامی اجرام آسمانی) را به دور زمین بچرخانیم، اصل ماخ حکم میکند که
نیروهای اینرسی مشابه و یکسان خواهند بود. اما چگونه باد های اینرسی 1054 مایل بر ساعت
نمیتوانند نقش قابل توجهی در یک مدل پیش بینی شده از الگوهای هوای زمینی ایفا کنند؟ به
نظر می رسد مهم نیست که کدام گزینه برای اتمسفر انتخاب میشود؟ ( که با زمین یا جدای از
آن میچرخد) ، چنین چیزی با منطق و مشاهدات در تناقض است. اگر ما بر روی یک زمین
درحال چرخش با هوای ناپیوسته به زمین که تنها در معرض گرانش (اتمسفر توسط هیچ نیرو
یا قدرتی نمیتواند همراه و متصل به زمین باشد) قرار دارد هستیم، پس مشکلات بزرگی را در
مبحث باد ها تجربه خواهیم کرد از جمله اینکه زمین درحال چرخش با وزن کلی جو برخورد
میکند (وزن اتمسفر زمین بطور کلی در حدود 4 میلیارد تن است). اختلاف حرارتی جزئی بین
قطب و استوا، توسط وزش هوای غرب به شرق که برخورد هوای آزاد و زمین درحال چرخش
است ازبین میرود. برعکس، اگر ما بر روی زمین در حال چرخش هستیم، به نوعی این اتمسفر
با ما میچرخد. سوالی که مطرح میشود این است که چه مکانیسم اتصالی زمین و هوا را قادر
به انجام چنین کاری میسازد؟ در اینجا تعدادی اتصال و رابط برای فراهم آوردن نیروی گشتاور
به منظور ادامه دادن چرخش هماهنگ با زمین همراه پوشش هوای آن نیاز است. هیچکس
مکانیزمی برای چگونگی اتصال و ارتباط زمین و هوای درحال چرخش، که به قدری قوی
است که اتمسفر مجبور میشود در امتداد با زمین بچرخد ، پیشنهاد نداده است. هرچند در غیر
اینصورت آزادانه هرکجا که گرانش امر کند حرکت میکند! اگر دقت کنید ، هربار که ما در
محیط هوا حرکت میکنیم یا آن را تنفس میکنیم ، درواقع آزادی و پراکندگی ساده آن را نشان
میدهیم. با این حال، به ما گفته شده است، هوا مطیعانه به دنبال زمین است که درحال چرخش
در فضا است. شما چه فکر میکنید؟



سوال نهایی – چرخش آب در دو جهت مختلف
اگر زمین مسطح و ثابت است، پس چرا آب ها در سینک ظرفشویی در دو جهت مختلف در
دو نیمکره زمین )ساعتگرد و پاد ساعتگرد ( میچرخند؟ آیا این در تضاد با مدل زمین مسطح
نیست؟
پاسخ:
این برداشت نادرست بسیار رواج پیدا کرده است. معمولا این درک خطا حاصل برداشت غلط
در مورد ” اثر کوریولیس ” بوده است.
اصولا شبه نیروی کوریولیس استثنا بردار نیست و در هر سیستم چرخان طبق تعریف فیزیکی
، تاثیر دارد، حتی بر جریان آبی که با بازکردن شیر به داخل چاهک سینک ظرفشویی وارد
می شود. اما میزان تاثیر شبه نیروی کوریولیس در مواردی مثل سرازیر شدن آب به چاهک
سینک ظرفشویی عمال فوق العاده ناچیز است و به بیان دیگر ، به مراتب کمتر از آن است که
بتواند تاثیری در جهت چرخش آب داشته باشد.
مکانیک سیالات در مسائل علمی خیلی پیچیده هستند و رفتاری که شاره ها از خود نشان می
دهند تحت تاثیر عوامل بسیاری قرار دارد و به همین جهت هم هست که همه ی جوانب معادله
“ناویه-استوکس” که رفتار سیال را توضیح می دهد از قرن نوزدهم تاکنون هنوز بطور کامل
درک نشده و حتی بهترین مدلسازی های ریاضی هم نتوانسته همه چیز را درباره رفتار سیالات
در شرایط مختلف توضیح دهد.
در این که جهت چرخش آب در چاهک سینک ظرفشویی ساعتگرد باشد یا پادساعتگرد هم
عوامل بسیاری نقش بازی می کنند ، برای نمونه هم شکل کلی سینک مهم است و هم فرم
چاهک و هم شرایط سرازیر شدن آب از خروجی لوله و شیر آب و خیلی چیزهای دیگر. در
برخی کشورها که روی خط استوا قرار گرفته اند، حتی دیده شده که سودجویانی به قصد فریب
عمومی، آزمایشی در یک متر بالا و پایین خط استوا ترتیب می دهند و به توریست ها ثابت
می کنند که جهت چرخش آب در حال سرازیر شدن به چاهک در نیمکره ی شمالی و جنوبی
متفاوت است. بسیاری از توریست های اروپایی که به افریقا سفر کرده اند ، برای تماشای این
نمایش حقه بازی مجبور ند دست در جیب کنند و ببینند مثال وقتی دقیقا روی خط استوا ایستاده
اند، آب بدون جهت به داخل چاهک سرازیر می شود و یک متر بالا و پایین از خط استوا هم
به ترتیب پادساعت و ساعتگرد می چرخند. در مقیاس یک سینک ظرفشویی و وان حمام خیلی
کوچکتر از حدی است که بتواند تاثیر مشهودی داشته باشد.

بنابراین این ایده که جهت چرخش جریان آب در آشپزخانه و حمام استرالیایی ها به سمت راست
و در آمریکا به سمت چپ است، از اساس ” غلط ” و ادعایی باطل است.

دیدگاهتان را بنویسید

هشت + 5 =