Frage12_Corioliskraft.

Coriolis-Kraft
Mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich ein Punkt auf der Erdoberfläche auf einer
Breite von:
0 Grad (Äquator)
30 Grad
48 Grad (München)
55 Grad (Hamburg)
89 Grad (nahe am Pol)
90 Grad (Pol)?
R
6380
5525
427
366
11
U
h
40087
34715
2683
2300
69
km/h
1670
1446
112
96
3
m/s
642
556
43
37
1
Daraus ergibt sich, dass sich die Geschwindigkeit an unterschiedlichen
Breitenkreisen unterscheidet.
Was passiert aber, wenn das Luftpaket sich nach Süden bewegt?
1. Wenn die Erde sich nicht dreht? Dann bewegt sich das Luftpaket solange
geradeaus, bis es an seinem Zielort angekommen ist!
2. Wenn die Erde sich dreht? Aus der oben stehenden Berechnung ergibt sich,
dass das aus dem Norden kommende Luftpaket für südlichere Breiten zu
langsam ist und es daher die Rotation von W nach E auf dem neuen
Breitenkreis nicht mitmachen kann. Es fällt daher zurück. Dann bewegt sich
das Luftpaket westlich am Zielort vorbei.
Abb. C1: Der Effekt der Erdrotation auf die Bewegung von
Luftpaketen (aus BRIGGS, 1994)
Ein aufmerksamer Beobachter schließt daraus,
dass eine Kraft gewirkt hat (Newton'sches
Gesetz). Tatsächlich hat, vom Weltraum aus
betrachtet, gar keine Kraft gewirkt! Diese
"Schein"-Kraft nennt man nach ihrem Entdecker
Gaspard Gustave de Coriolis (1835)
Coriolis-Kraft.
Insgesamt hat die Coriolis-Kraft folgende in Abbildung C2 gezeigte Auswirkungen
auf bewegte Luftpakete.
Abb. C2: Auswirkungen auf bewegte Luftpakete auf der
Erde (aus BRIGGS,1994). Durchgezogene Linie = ohne
Erdrotation, gestrichelte Linie = mit Erdrotation
Man erkennt:


auf der Nordhalbkugel bewirkt die
Coriolis-Kraft eine Ablenkung nach
rechts
auf der Südhalbkugel bewirkt die
Coriolis-Kraft eine Ablenkung nach links
Die Coriolis-Kraft lenkt das Luftpaket also von seiner durch die Gradientkraft
vorgegebenen Bewegungsrichtung (vom hohen zum tiefen Druck) ab. Sie wirkt
senkrecht zur Bewegungsrichtung. Bei fortgesetzter Wirkung der Coriolis-Kraft wird
das Luftpaket so lange abgelenkt, bis es senkrecht zur Gradientkraft fließt. Es
entsteht die paradoxe erscheinende Situation, dass sich dadurch
Druckunterschiede nicht mehr ausgleichen können sobald sich die Erde dreht (da
sich die Luft ja nun nicht mehr vom hohen zum tiefen Drucke bewegt)!!! Den dabei
entstehenden Wind nennt man geostrophischen Wind.
Abb. C3: Durch die Coriolis-Kraft verursachte Veränderung der Windrichtung hin zur geostrophischen
Windrichtung (auf der Nordhalbkugel). Daneben: Link zu einem .gif auf Wikipedia.
Wie groß sind typische Coriolis-Kräfte im Alltag?
* Ein Zug von 1000 t Masse fährt mit 250 km/h nach Norden. In einer geografischen Breite von 52
Grad erfährt er eine Kraft von ca. 8000 N nach rechts/Osten. Fährt der Zug nach Süden, erfährt er
die gleiche Kraft nach rechts/Westen.
* Wenn dieser Zug 1000 m lang ist (aus 50 Wagen mit jeweils 4 Achsen besteht), erfahren Alle
Räder 20 N zusätzliche Seitenkraft.
* Ein Artilleriegeschoss, welches mit 800 m/s nach Norden fliegt, erfährt eine seitliche
Beschleunigung von ca. 8 cm/s2. Das bedeutet bei einer Flugzeit von 60 s, dass es bei einer
Entfernung von 48 km das Ziel um 150 m (0.3% der Flugstrecke) verfehlt.
* Die Pendelebene eines frei schwingenden Pendels dreht sich in 23h 56 min 4s um 360°
(“Foucault’sches Pendel”). An den Polen ist das anschaulich zu erklären,
dort dreht sich die Erde einfach unter dem Pendel her.
Siehe dazu: http://www.kip.uni-heidelberg.de/OeffWiss/Pendel-Internetauftritt/