Schulbücher/ Geografie/ Corioliskraft
< Abstellraum Die Corioliskraft erklärt verschiedene Phänomene der Physik und Geografie. Sie wurde 1835 von dem Franzosen Gaspard Gustave de Coriolis erstmals berechnet.
Definition
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Die Corioliskraft tritt bei allen bewegten Körpern in allen rotierenden Bezugssystemen auf.
In einem Bezugssystem können Ereignisse einem Ort und einer Zeit zugeordnet werden. So wie beispielsweise in einem Zimmer, wo wir beschreiben können wo (an welchem Ort) und wann (zu welchem Zeitpunkt) ein Ereignis passiert. Ohne Bezugssysteme, könnten wir nie beschreiben wie sich z.B. Körper bewegen. Beispiele für Bezugssysteme sind neben einem Zimmer auch die Erde, eine Schale und ein Koordinatensystem. Dreht sich das ganze System, sprechen wir von einem rotierenden Bezugssystem. Ein drehendes Zimmer oder die Erde sind Beispiele dafür. Bewegt sich nun ein Körper in diesem rotierenden System, tritt die Corioliskraft auf. Befinden wir uns beispielsweise in einem drehenden Zimmer (rotierendes Bezugssystem) und werfen dort einen Ball (bewegender Körper) bewegt sich dieser nicht gleichförmig geradlinig, sondern wird seitlich abgelenkt. Diese Ablenkung ist eine Folge der Coriolisbeschleunigung und wird als Wirkung der Corioliskraft gedeutet.
Auf der Erde
[Bearbeiten]Wenn wir auf der Erde auf der Stelle stehen, bewegen wir uns mit der Erde. Je nach Breitengrad haben wir aber andere Geschwindigkeiten: In Deutschland ist der Umfang des Breitengrads ungefähr 20.000 km. Befinden wir uns dort, drehen wir uns dort, wie überall, einmal am Tag um die Erde. Das bedeutet, dass wir in Deutschland in 24 Stunden 20.000 km zurücklegen, haben also eine Geschwindigkeit von ungefähr 833km/h (Geschwindigkeit = Weg:Zeit = 20.000 km:24Stunden = 833 km/h).
Stünden wir hingegen am Äquator auf der Stellen, würden wir dort am Tag (in 24 Stunden) 42.000 km zurücklegen. Dort hätten wir eine Geschwindigkeit von ungefähr 1750 km/h (Geschwindigkeit = Weg:Zeit = 42.000 km:24Stunden = 1750 km/h).
Vom Nordpol zum Äquator
[Bearbeiten]Bewegt sich ein Objekt vom Nordpol aus gerade nach Süden, dreht es sich zusammen mit der Erdrotation nach Osten. Diese Rotationsgeschwindigkeit nimmt zu, je näher man dem Äquator kommt. Da die Objekte träge sind, nehmen sie nicht so schnell die höhere Geschwindigkeit auf. Die Erde dreht sich also unter dem Objekt weg.
Die Erde dreht sich nach Osten. Was bedeutet, dass Deutschland erst dort ankommt, wo China eben war, bevor es dort ankommt, wo die USA vor zwei Momenten war. Betrachten wir die Erde, wie wir es von Globen und Weltkarten gewöhnt sind, also mit Norden oben, dreht sich die Erde also nach rechts. Aus der Sicht des Objektes am Nordpol, welches nach Süden, also nach unten guckt, dreht sich die Erde aber nach links. Bewegt sich dieses Objekt nach Süden dreht es sich in südlicheren Gebieten, wie oben beschrieben, nicht so schnell mit. Es kommt nicht an dem Punkt an, dass anfangs direkt unter ihm lag, sondern an einem Punkt, der eben weiter rechts lag. Es wurde nach rechts abgelenkt. In der Praxis könnte dies bedeuten, dass ein Luftteilchen, welches von Hamburg gerade nach unten (Süden) bewegt wird um in München an zu kommen in Stuttgart landet, weil Stuttgart in der Zeit in der das Luftteilchen nach Süden flog, dort angekommen ist, wo München zuvor war. Aus der Sicht des Luftteilchens wurde es also nach rechts abgelenkt.
Vom Äquator zum Pol
[Bearbeiten]Am Äquator haben alle Objekte eine Bahngeschwindigkeit von 1647km/h nach Osten. Diese nimmt in höheren Breitengraden ab. Da die Objekte träge sind, behalten sie ihre höhere Geschwindigkeit mit der sie nach Osten getrieben werden, aber bei. Bedeutet, die Objekte schwingen der Erde voraus.
Nun bewegt sich das Objekt in höheren Breitengraden, wie bereits erläutert, schneller als die Erde unter ihm. Und die Erde dreht sich, wie eben beschrieben, nach Osten bzw. nach rechts. Aus der Sicht des Objektes also nach rechts. Also bewegt sich das Objekt schneller nach rechts, als die Erde. Es wird also ebenfalls nach rechts abgelenkt.
Fliegt ein Luftteilchen beispielsweise von München nach Hamburg, kommt es vielleicht in Berlin an, da es nach wie vor mit der Umdrehungsgeschwindigkeit von München nach rechts fliegt.
Auf der Südhalbkugel verlaufen die Ablenkungen genau andersherum. Dies liegt daran, dass aus der Sicht eines Objektes, sich die Erde andersherum dreht als auf der Nordhalbkugel. Aus der Sicht eines Objektes am Südpol, das zum Äquator guckt, dreht sich die Erde nach rechts. Und aus der Sicht eines Objektes am Äquator, welches zum Südpol guckt, dreht sich die Erde nach links.
Auf der Nordhalbkugel werden alle Objekte nach rechts abgelenkt.
Auf der Südhalbkugel werden alle Objekte nach links abgelenkt.
Auswirkungen
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Die Corioliskraft hat Auswirkungen auf alle sich bewegenden Körpern auf der Erde. Beispielsweise auf Langstreckenraketen. Selbst bei Eisenbahnschienen wurde festgestellt, dass auf der Nordhalbkugel die rechte Schiene mehr belastet wird als die linke. In der Geografie hat die Corioliskraft Auswirkungen darauf, wie Winde wehen und Wasser strömt.
Ekman-Spirale
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Wenn Wind über ein Meer weht, wird dessen oberste Schicht in Bewegung gesetzt. Durch die Corioliskraft wird das Wasser abgelenkt und fließt im 45° Winkel zur Windrichtung. Das bewegende und abgelenkte Wasser der obersten Wasserschicht, versetzt die Schicht darunter ebenfalls in Bewegung. Da die obere Schicht bereits im 45° zur Windrichtung fließt, wird die untere Wasserschicht auch um 45° zur Windrichtung in Bewegung gesetzt. Doch auch die untere Wasserschicht wird durch die Corioliskraft abgelenkt. Dadurch weicht die Bewegungsrichtung der zweiten Schicht von der Windrichtung noch mehr ab. Dieser Prozess wird bei jeder Schicht fortgesetzt. In der so genannten Ekman-Tiefe, fließt das Wasser sogar entgegengesetzt zur Windrichtung.
Dieser Vorgang wird als Ekman-Spirale oder als Korkenzieherströmung beschrieben.