感謝各位的回答,我明白了,之前的題目是以在地球上上拋的,所以線速度不變,角速度變化,導致結果並非在拋出點


當我們在地球上觀察時,本身處在非慣性系中,所以慣性對物體的作用可以用人為定義出來的「慣性力」所產生的效果來代替,方便分析。但一旦進入慣性系,「慣性力」的臨時使命就可以還給慣性了。

如果想要直觀一點地理解,我們可以回到慣性系中看,此時地球不再是靜止的,而是一個在坐標系中旋轉的球體。

我們可以將赤道附近的曲面近似為多個地平面拼接的產物。隨著地球的自轉,西邊的地平面會取代東邊的地平面原來的位置,可以想像環形的傳送帶:

(上部為俯視圖,下部為從「北」向「南」的「平視圖」)

此時假設題主在P點,在t0時刻扔起物體,但是在物體滯空的△t中,地球自轉了一點點,因為慣性的存在,速度方向不變:

此時V在地平面上的分解不再是垂直地平面向外了,而是產生了一個水平方向上的力Vx(-0),也就是我們在非慣性系中叫做「水平地偏力」的效果,而Vy-V則是相應的「垂直地偏力」效果。但是在慣性系中,其實完全沒有額外的力產生。

從這個圖上可以看出,物體會落向西方。

我要更正一下之前的答案:楊文豪的答案是在慣性系下討論。我的答案是在非慣性系下討論,我沒有仔細看她的答案,我錯了。看完她的答案我覺得確實在判定落東還是落西這個問題上她的慣性系是更好的。但是我不得不說,在慣性系下討論,楊同學的討論有問題。

慣性系下:物體在做簡單的斜拋運動。忽略重力方向的改變。以最開始拋出點處的切線方向作為水平X軸,保持此軸不動。拋出點隨地球做勻速圓周運動。拋出點速度在X軸方向上的分量在逐漸減少,小於物體在X軸的方向速度。故而拋體落地在拋出點的東側。

謝謝楊文豪的指點,因為我在非慣性系下討論並沒能確定落點,以下是原答案:

———————————————————————在非慣性系下討論不僅要討論物體上拋時所受科里奧利力,還要討論物體下落時的科氏力。這種赤道上豎直上拋運動和傅科擺是不同的。聽我這麼一說如果題主又簡單的以為下落過程中速度反向科氏力跟著反向,物體又落回原點,那麼這樣想又錯了。

在地球參考系下討論:由於不管科氏力如何引起物體偏轉,物體終究處在赤道平面上運動,故而所受重力和慣性離心力的合力始終不變,即為一恆力,所以不計慣性離心力的影響完全不影響結果。對物體受力分析:受到一個始終豎直的重力,受到一個隨時受運動方向及大小改變但始終與速度垂直的科氏力。把科氏力分解成豎直方向和水平方向,則物體的運動也分解成豎直向上方向和向西方向。科氏力向西方向的分力使物體向西加速。當物體上升至最高點在地球參考系看來物體仍然具有向西的速度。故而下一刻科氏力反向向東。這裡有一個問題:即隨著水平向西的減速,會不會轉向向東加速呢?有可能。這裡需要數學上的精確處理。故而在此我不做最後結論。

這個問題很像重力場和磁場疊加下帶電粒子的軌跡問題。我實在沒有心思用數學算下去了,這裡用到的數學應該還是我未掌握的。以後再來補。


豎直上拋的物體落在偏西側,高空落體落在偏東側。因為高低空的線速度不一樣,高空線速度很快。

詳見: 科里奧利力對豎直上拋物體運動的影響

結論:

意義:


謝邀。其他幾位回答都差不多給出了答案。我給出從能量守恆的角度分析的過程。不考慮空氣阻力,科里奧利力不做功,上拋初始速度和降落點速度大小相同,最高點有水平方向速度引起的動能。結論一:高度比不考慮科里奧利力時低;結論二:物體不會落在原點處。這是一個鏡像對稱問題。
不會。但科氏力對這種運動而言太小了,不好觀測。理論上,只有站在地軸兩極上拋,才不會在地球這個參考系下觀測到科氏力等效的慣性力。
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