ظاهرة كوريوليس

ظاهرة كوريوليس أو قوة كوريوليس عبارةٌ عن وصفٍ دقيقٍ لنمط الانحراف الذي تنتهجه الكائنات غير المقترنة إطلاقًا بالكرة الأرضية، خلال قطعها لمسافاتٍ طويلة في الأرض، وتقع على عاتقِ قوة كوريوليس مسؤولية تحديد عددٍ من الأنماط الجوية (الطقس) لمناطق واسعة النطاق.

ظاهرةٌ أو قوةٌ تندرج ضمن علم الميكانيكا الكلاسيكية، وصفها المهندس وعالم الرياضيات الفرنسي غوستاف غاسبارد كوريوليس بقوة القصور الذاتي في عام 1835، أشار خلال ذلك إلى أنه عند استخدام قوانين نيوتن حول حركة الأجسام في إطار دوارٍ للإحداثيات، لذلك لا بد من وجود قوة قصور ذاتي، لديها القدرة على العمل في الجهة اليمنى، بالنسبة لاتجاه حركة الجسم خلال الدوران مع عقارب الساعة بالنسبة للإطار الدوار، كما يمكن أيضًا أن تكون في الجهة اليسرى للدوران باتجاه عقارب الساعة.

وبشكلٍ أدق فإن قوة كوريوليس عبارةٌ عن وصفٍ للانحراف الذي يتّبعه مسار الجسم، أو الكائن خلال حركته داخل نظام الإحداثيات الدائرية. الجسم لا ينحرف فعليًا عن مساره؛ وإنما يُعتبّر كذلك؛ نظرًا لحركة نظام الإحداثيات. ويتجلى أثر هذه الظاهرة في حال كانت حركة الكائن، أو الجسم طولية فوق الأرض، أي التوجه وفق المسار الشمالي الجنوبي طوليًا، فإن الانحراف حتمًا سيكون نحو اليمين بالنسبة للجزء الشمالي، أما بالنسبة للجزء الجنوبي فيكون نحو اليسار.

تقترن ظاهرة كوريوليس بعلاقةٍ وثيقةٍ مع حركة الأرض، وحركة الجسم، وخط العرض، حيث يُقدَر حجم التأثير من خلال المعادلة (2νω sin ϕ)، ويشار بـ V إلى سرعة الجسم، أما ω السرعة الزاوية للأرض (حركة الأرض)، بينما يشار بالرمز ϕ إلى خط العرض.

تتخذ كافة الأجسام المتحركة في القطب الشمالي اتجاهًا جنوبيًا، حيث تُعتبر القذيفة الموجودة في الشطر الأيمن بالنسبة للقطب الجنوبي بأنها تتحرك بميلانٍ نحو اليسار، وتبعًا لقوانين نيوتن؛ فإن مصطلح التغيير الذي يطرأ على الاتجاه هو التسارع، أما قوة كوريوليس فإنها تلك القوة المتسببة بحدوث هذا التسارع. يطرأ على خطوط العرض الوسطى تأثيرًا مماثلًا؛ إلا أن القوة في هذه الحالة تعمل في سياق مستوى المسار الشمسي فقط، فتصبح أكثر ضعفًا، كلما ازدادت قربًا من خط الاستواء، حتى تصل إلى درجة صفر خلال الاتجاه الأفقي.

من أبرز الأمثلة الموضحة لظاهرة كوريوليس دفع رياح الغلاف الجوي والتيارات المحيطية وتولدها، تبعًا لتدرجات الضغط؛ إذ تختلف القوة تدريجيًا بدءًا من الضغط العالي باتجاه الضغط المنخفض، وفي حال تدفق جزء كبير من الرياح على مدارِ عدة ساعات؛ فإن قوة كوريوليس ستتدخل لتغير مسار السائل المتحرك نحو اليمين، بالنسبةِ للتدرج الموجود في الشطر الشمالي من الأرض، أما بالنسبة للشطر الجنوبي من الأرض فتأتي إلى اليسار، وسيقترب التدفق في نهاية المطاف من الزوايا اليمنى، وتدرجات الضغط، ومن الممكن أن تكون قوى تدرج الضغط في هذه الحالة إما متساوية أو متعاكسة مع قوى كوريوليس.

بالإضافة إلى ما تقدم؛ فإن الرياح السطحية القريبة من الأرض، تبدأ بالتصاعد تدريجيًا نحو المناطق ذات الضغط المنخفض والعالي، أما التيارات المحيطية فإنها تتخذ شكلًا عموديًا ضخمًا شبه دائري على مسافةٍ تصل إلى آلاف الكيلومترات. تتخذ التيارات البحرية حركةً أفقيةً بمختلف أرجاء الكرة الأرضية ماعدا خط الاستواء، وتعد قوى كوريوليس من أكثر الأمور المقيدة لتحرك الأجسام والرياح. وتبعًا لقانون نيوتن الأول فإن الجسم المتحرك يبقى مستقيمًا في حال عدم تأثره بأي قوة خارجية، ولا بد من التنويه إلى أن كل حركة تتطلب القياس يجب أن تعتمد على إطارٍ مرجعيٍ رئيسيٍ لذلك، غالبًا ما يكون الأرض.