Coriolis Kuvveti Nedir? Coriolis Etkisi Hangi Durumlarda Hissedilir?
Coriolis kuvveti, dünyanın kendi ekseni etrafına dönmesiyle oluşan ve önemli atmosferik hareketlere yol açan bir kuvvettir. Bu kuvvetin yarattığı etki de Coriolis etkisi olarak adlandırılmaktadır. Bu etki, kendi ekseni etrafında dönen herhangi bir sistem üzerindeki cisimlerin yörüngelerinde oluşan belirgin sapmadır. Tropikal rüzgarların oluşumu, akarsuların menderesler oluşturması, uzun mesafeli uçuşlar ve balistik füzelerin hareketleri bu etkinin bir sonucudur. Coriolis kuvveti ilk kez 1835 yılında Fransız matematikçi ve mühendis Gaspard-Gustave Coriolis tarafından tanımlanmıştır.
Coriolis kuvveti tıpkı merkezkaç kuvveti gibi gerçek bir kuvvet değil gözlem yapılarak hissedilen bir kuvvettir. Her iki kuvvet de dönen ve ivmeli hareket oluşturan sistemler üzerinde gözlenmektedir. Bu hususta yerçekimi veya manyetik kuvvetler gibi gerçek kuvvetlerden ayrışırlar. Coriolis kuvvetinin büyüklüğü dönme hızı ile, merkezkaç kuvvetinin büyüklüğü ise dönme hızının karesi ile orantılıdır. Ayrıca Coriolis kuvveti cismin hızına bağlıyken merkezkaç kuvveti dönme eksenine olan uzaklığa bağlıdır.
Coriolis Kuvveti Nelere Sebep Olur?
Coriolis etkisi ile oluşan en önemli olaylardan biri olan tropikal rüzgarlar spiral şeklinde meydana gelirler. Kuzey yarımkürede oluşan spirallerin dönüş yönü saat yönünün tersineyken Güney yarımkürede saat yönündedir. Ekvator’da ise hava kütlesinin hareketi ile dünyanın açısal hızı aynı olduğundan herhangi bir spiral oluşmamaktadır. Yani yüksek basınç alanından alçak basınç alanına düz bir esinti olmaktadır.
Tropikal rüzgarların oluşturduğu siklonlar, spiral şeklinde merkezlerine doğru dönen alçak basınçlı sistemlerdir. Siklonun çeperlerinde yani sınır kısımlarında bulunan hava yüksek basınç pozisyonundadır. Bu sebeple merkeze yani alçak basınç pozisyonuna doğru yayılmaktadır.
Kuzey yarımkürede saat yönünün tersine dönen Nanmadol Tayfunu (solda). Güney yarımkürede saat yönünde dönen Darian Kasırgası (sağda).
Dünyanın kendi ekseni etrafındaki dönüş hızı ekvator bölgesinde yaklaşık 1670 km/h değerindedir. Bu hız diğer gezegenlere göre daha yavaş olduğundan Coriolis kuvveti küçük ölçekte hissedilmemektedir. Dünyanın yavaş dönmesi, Coriolis etkisinin kısa mesafelerde düşük hızlarda görülebilecek kadar güçlü olmadığı anlamına gelir. Jüpiter gibi kendi ekseni etrafındaki dönüş hızı yüksek olan gezegenlerde ise bu etki özellikle rüzgar oluşumlarında belirgin bir şekilde gözlenmektedir. Bu etki Jüpiter’de o kadar belirgindir ki kuzey-güney rüzgarları doğu-batı rüzgarlarına dönüşür. Doğuya doğru esen rüzgarlar ile batıya doğru esen rüzgarlar arasındaki ayrım, gezegendeki bulutlar arasında kuşak şeklinde yatay bölünmeler oluşturur. Hızla hareket eden bu kuşaklar arasındaki sınırlar son derece aktif fırtına bölgeleridir.
İlginizi Çekecek İçerik : ‘Güneş Sistemi’ndeki Gezegenlerin En İlginç 8 Özelliği’
Coriolis Kuvveti Nasıl Anlaşılır?
Coriolis kuvveti en kolay şekilde dönen bir sistemin merkezinden karşı tarafına yürüyen kişi tarafından anlaşılabilir. Kişi, yürümek istediği tarafa dik açıyla itildiğini hissedecektir. Benzer şekilde, dönen bir sistem üzerinde oturan bir kişinin karşısındaki kişiye top attığını düşünelim. Topu yakalayacak kişinin yeri dönme etkisinden dolayı değişeceğinden, top alıcının sağına veya soluna düşecektir. Dönen sisteme dışarıdan bakan birisi topun düz gittiğini görecektir. Fakat hareketli referans sistemi içerisindeki iki kişi topun düz gitmediğini, sapmaya uğradığını söyleyecektir. Topun karşı taraftaki kişiye ulaşması isteniyorsa, Coriolis etkisi sebebiyle oluşan sapma hesaplanmalıdır. Buna göre karşıdaki kişinin dönme sonucu geleceği konum hesaplanarak top belirlenen doğrultuda fırlatılmalıdır. Bu örneklerden yola çıkarak uzaya fırlatılan bir uzay aracının, bir füzenin veya bir keskin nişancının ateşlediği fişeğin hedefine tam olarak ulaşabilmesi için de Coriolis etkisi hesaplanmalı ve sapmalar dikkate alınmalıdır.
Coriolis etkisi, kutuplardan ekvatora doğru gittikçe azalmaktadır. Aynı zamanda bir cisim ne kadar hızlı hareket ederse o kadar fazla sapmaktadır. Bu sebeple uçuş süresi uzun olan mühimmatların veya bir keskin nişancı tarafından ateşlenen fişeğin yörüngesinden saptığı gözlenir. Bir keskin nişancı, ateşleme yapmadan önce Coriolis kuvvetinin yatay ve dikey bileşenlerini dikkate almalıdır. Bu hesaplamalar adedi atış cetvelleri ve balistik tablolar kullanılarak yapılmaktadır. Fişeğin ilk hızı, ağırlığı, rüzgarın yönü ve hızı, hava durumu, sürtünme katsayısı gibi parametreler bu hesaplamalara dahil edilmektedir. Gelişmiş silah sistemleri tüm bu hesaplamaları sahip olduğu yazılımlar sayesinde yapmaktadır.
Lavaboya Akan Suyun Dönüş Yönü
Şimdi en çok duyulan fakat kısmen yanlış bilinen bir örnekten bahsedelim. Musluktan bir lavaboya akan suyun Kuzey yarımkürede saat yönünün tersinde ve Güney yarımkürede saat yönünde dönerek akıp gitmesinin sebebi aslında Coriolis kuvveti değildir. Suyun lavabodaki dönme yönü sahip olduğu ilk hareket, musluk açısı, akış hızı gibi parametrelerle ilgilidir. Dünyanın kendi ekseni etrafındaki dönmesi, suyun lavabodaki dönüş yönünü belirleyecek kadar hissedilir değildir. Çünkü yeterli sıcak-soğuk hava ile alçak-yüksek basınç küçük bir lavaboda bulunmamaktadır. Bu kuvvetin etkisini lavabodaki su üzerinde görmek için diğer dış faktörlerin tamamını ortadan kaldırmanız gerekir.
Rossby Sayısı
Akışkanlar mekaniğinin en önemli konularından olan Navier-Stokes denklemleri, sıvıların veya gazların hareketindeki değişimi onlara etki eden kuvvetlerle ilişkilendirir. Bu denklemlerin henüz kesin bir çözümü olmasa da bazı kabuller yapılarak yaklaşık sonuçlar elde edilmesi mümkündür. Bu çözümlerin sonucunda elde edilen boyutsuz sayılardan biri Rossby sayısıdır. Rossby sayısı, eylemsizlik kuvvetinin Coriolis kuvvetine oranıdır.
Düşük basınçlı bir fırtına etrafında oluşan akışlar ve Rossby sayısı ile ilişkisi
Küçük Rossby sayısı Coriolis kuvvetinden güçlü bir şekilde etkilenen bir sistemi ifade eder. Büyük Rossby sayısı ise merkezkaç kuvvetlerinin baskın olduğu ve Coriolis kuvvetinin ihmal edilecek kadar küçük olduğu bir sistemi belirtir. Örneğin bir kasırga için Rossby sayısının 100 ise, lavabodaki su için Rossby sayısı 100.000 olabilir. Bu durum Coriolis kuvvetinin ihmal edilebileceğini gösterir. O halde fırtınalardan kaçmak için gidilebilecek en mükemmel yer Coriolis kuvvetinin neredeyse sıfır olduğu ve bu yüzden alçak basıncın oluşmadığı ekvatordur diyebiliriz.