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技能一覧 › 高校地学 大気と気象（知識）

コリオリの力

地球の自転によって水平に動く物体が北半球では進行方向の右、南半球では左にそらされること、コリオリの力が高緯度ほど大きく赤道では 0 になることを、回転円盤の実験と結びつけて説明できる

前提

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  6. 運動の法則（運動方程式） （高校物理 力と運動（知識））
  7. 作用反作用の法則とつり合う 2 力の区別 （高校物理 力と運動（知識））
  8. 慣性系・非慣性系と慣性力 （高校物理 力と運動（知識））

説明

地球は自転しているので、地上に立つ私たちは回転する台の上にいる観測者と同じ立場にあります。そのため、地表に沿って水平に動く物体（風や海流など）は、北半球では進行方向の右へ、南半球では左へそれていくように見えます。このように見かけ上はたらく力をコリオリの力（転向力）といいます。この技能では、回転円盤の実験と結びつけて、コリオリの力の向きと、緯度による大きさの違い（高緯度ほど大きく、赤道では 0）を説明できるようになります。

なぜそうしてよいのか

反時計回りに回る円盤の中心から、なめらかな円盤の上にボールを転がす場面を考えます。円盤の外で静止している観測者から見ると、ボールには水平方向の力がはたらかないので、慣性の法則のとおりまっすぐ進みます。ところが、ボールが進むあいだに円盤は反時計回りに回るので、円盤といっしょに回る観測者から見ると、ボールの通った跡は進行方向の右へ曲がっていきます。回転する観測者は加速度をもつ非慣性系にいるので、この曲がり方を「ボールに右向きの見かけの力がはたらいた」と考えて説明します。これがコリオリの力で、慣性力の一種です。ほかの慣性力と同じく、力をおよぼす物体も反作用もなく、静止した観測者からは考えません。コリオリの力は物体の進む向きに対してつねに垂直にはたらくので、向きを変えるだけで、速さを変えません。また、物体が速く動くほど大きくなり、静止している物体にははたらきません。

北極の真上から地球を見ると、地球は反時計回りに自転しています。つまり北極付近の地面は、反時計回りの円盤と同じように、その場の鉛直な軸のまわりに 1 日 1 回まわっています。だから北半球では、水平に動く物体は進行方向の右へそれます。南極の真上から見ると自転は時計回りに見えるので、南半球では逆に左へそれます。

緯度による違いは、「その場所の地面が、鉛直な軸のまわりにどれだけ回っているか」で考えます。極では地面がまるごと鉛直軸のまわりに回っているので、水平に動く物体をそらすはたらきが最も大きくなります。赤道では、地軸が地面と平行なので、地面は鉛直軸のまわりには回っておらず、水平に動く物体をそらすはたらきは 0 になります。その間の緯度では、高緯度ほど鉛直軸のまわりの回転が大きくなるので、コリオリの力は高緯度ほど大きくなります。

手順

  1. 物体がどちらの半球を、どの向きに水平に動いているかを確かめる

  2. 北半球なら進行方向の右、南半球なら進行方向の左にそれる、と向きを決める（回転円盤では、上から見て反時計回りなら右、時計回りなら左）

  3. 緯度を確かめ、高緯度ほどコリオリの力が大きく、赤道では 0 になることを使って大きさを比べる（同じ緯度なら速く動く物体ほど大きい）

  4. コリオリの力は回転する観測者（地上の観測者）から見たときだけ考える見かけの力で、進む向きに垂直にはたらき、速さを変えないことを確かめる

  5. 選択肢の文の「右・左」「北半球・南半球」「高緯度・赤道」「観測者の立場」の組み合わせが正しいかを判断して答える

例題

コリオリの力について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　北半球で南に向かって水平に動く物体は、東へそれていく。
イ　コリオリの力は赤道付近で最も大きく、高緯度ほど小さくなる。
ウ　上から見て反時計回りに回転している円盤の中心から、円盤上にボールを転がすと、円盤といっしょに回る観測者にはボールが進行方向の右へそれていくように見えるが、円盤の外で静止している観測者にはボールがまっすぐ進むように見える。
エ　コリオリの力は物体の進む向きにはたらき、水平に動く物体の速さをしだいに大きくする。

例題の解答

手順 1・2：アは北半球で南向きに動く物体である。北半球では進行方向の右にそれるので、南を向いたときの右は西である。東へそれるのではないので、アは誤り。
手順 3：コリオリの力は高緯度ほど大きく、赤道では 0 になる。イは逆なので誤り。
手順 2・4：ウの円盤は上から見て反時計回りで、北半球と同じ回り方である。円盤といっしょに回る観測者からは進行方向の右へそれて見え、静止している観測者からは力がはたらかないのでまっすぐ進んで見える。ウは正しい。
手順 4：コリオリの力は進む向きに垂直にはたらき、向きを変えるだけで速さは変えない。エは誤り。
手順 5：正しいものはウである。

答え:

ウ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること