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Coriolisbewegung infolge Corioliskraft

Die in Abb.1 gezeigte Drehscheibe kann auf ihrer Unterlage im Koordinatenursprung (rote und blaue Koordinate) rotieren. Auf ihr liegt in der Mitte eine reibungsfrei bewegliche kleine rote Scheibe. Nachdem die Drehscheibe in Rotation mit konstanter Winkelsgeschwindigkeit gesetzt wurde, werde auch die kleine Scheibe angestoßen. Sie bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit in (roter) Pfeilrichtung zum Rand der Drehscheibe hin.

In Abb.2, oben sind die Bewegungen gezeigt, wie sie der auf der Unterlage stehende Beobachter sieht:
Die der kleinen Scheibe erteilte Bewegung erfolgt geradlinig über der auf der Unterlage angebrachten roten Bezugslinie (Koordinatenlinie). Die Drehscheibe dreht unter der kleinen Scheibe durch. Die kleine Scheibe hinterlässt auf ihr eine gekrümmte Spur.

In Abb.2, unten sind die Bewegungen gezeigt, wie sie der auf der Drehscheibe stehende Beobachter sieht:
Für ihn rotiert die Umgebung (Unterlage). Auf der Drehscheibe ruht er. Von der Unterlage her gesehen rotiert er mit der Drehscheibe mit. Er selbst sieht die Umgebung sich im entgegengesetzten Sinne rotieren wie die Drehscheibe von der Unterlage her gesehen rotiert. Er kann beim Blick über den Scheibenrand hinaus auch erkennen, dass sich die kleine Scheibe über der Unterlage ganz "normal" geradlinig über der roten Bezugslinie bewegt: am Scheibenrand trifft sie mit dieser jetzt nicht mehr von der Drehscheibe verdeckten Linie zusammen.
Wenn er die Umgebung ignoriert, muss er sich wundern, dass sich die kleine Scheibe nicht geradlinig, sondern in einem Bogen von innen nach außen bewegt. Er nennt diese Erscheinung Coriolisbewegung.

Von der rotierendenn Scheibe aus gesehen ist diese bogenförmige Bewegung eine beschleunigte Bewegung für deren Zustandekommen eine Kraft, die sogenannte Corioliskraft erforderlich ist. Die Corioliskraft ist aber nicht die primäre Ursache der Erscheinung, sondern es ist diejenige Radialkraft, die die permanente Rotation der Scheibe bewirkt. DieCorioliskraft F_C ist der Rotationsgeschwindigkeit ω der Drehscheibe proportional. Der mitrotierende Beobachter kennt Letztere nicht, wenn er nicht über den Rand seiner Drehscheibe hinaus schaut (er kennt lediglich die Geschwindigkeit v der kleinen Scheibe relativ zur Drehscheibe, zu der F_C auch proportional ist).

Somit kann der mitrotierende Beobachter die Corioliskraft nicht berechnen. Er kann sie aber messen, wenn er die seitliche Ablenkung der kleinen Scheibe verhindert, ihr eine gerade Bahn aufzwingt. Zu messen wäre beispielsweise die Kraft, die senkrecht auf eine entsprechende Schiene wirkt (Kräftegleichgewicht zwischen Corioliskraft und Zwangskraft).

Bemerkenswert ist, dass Coriolisbeschleunigung bzw. Corioliskraft unabhängig vom Abstand vom Mittelpunkt der rotierenden Scheibe sind.

Infolge der Drehung der Erde um ihre eigene Achse sind Luftströmungen in der Atmosphäre und Wasserströmungen in den Ozeanen zu den Polen hin und von ihnen weg Corioliskräften unterworfen. Betrachtet man nur die Polregionen, so besteht Ähnlichkeit mit der Drehscheibe in obigen Abbildungen: Polkappen sind näherungsweise Ebenen. Die Ablenkungen der Luft- und Wasserströme sind beträchtlich, sind in von Satelliten gemachten Fotos deutlich erkennbar, und beeinflussen deutlich das Wetter und den Luft- und Seeverkehr. Untersucht man die Schienen von Nord-Süd-fahrenden Eisenbahnzügen, so erkennt man verstärkten Abrieb an der einen Schiene (die in Fahrtrichtung rechte auf der Nordhalbkugel, die linke auf der Südhalbkugel) allerdings praktisch nicht. Die Größenverhältnisse zwischen den beteiligten Kräften (Coriolis- gegen Gewichtskräfte bei hohen Reibungskräften zwischen festen Körpern) sind zu groß.

Siegfried Wetzel,  CH 3400 Burgdorf,  November 2019 (Dez.19, Jan.20)

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