フーコーの振り子

Question

科学に関しては全く無知な者です。
　ディズニーシーにあった大きな振り子はフーコーの振り子と呼ばれるものだと思うのですが、そこで質問です。
　フーコーの振り子はコリオリの力によって少しずつ振り子のふれる向きが変わっていくのだというところまでは、自分なりに何とかわかったのですが、例えば最初に振り子を南北にふらしておくと、だんだん東西に振れ方が変わってきますよね。そのまま放っておくと、結局１回転してしまうのでしょうか。コリオリの力についての知識もほとんどないのですが、少し調べた私の感覚では、南北に振れているものを、東西に変えていく力は納得できるのですが、東西に触れているものを南北に振れさせる力は無いように思えてしまいます。どうなんでしょうか？？

japonicus · Accepted Answer

コリオリの力は、みかけの力です。

糸でぶら下げた５円玉を振り子運動させながら、事務椅子に座ってクルクル回ってみて下さい。イスに座って回っている貴方からは５円玉の揺れる方向がタテになったりヨコになったりするように見えます。
次に、家族や友人に同じことをやってもらい、貴方は横に立って５円玉の動きを観察してください。イスがどっちに回っても、５円玉の振り子方向は常に一定であることが分かります。
（あまり速く回転すると遠心力が働いてムチャクチャな動きになりますので、ほどほどに。）

このように、実際は一定方向にしか動いていないのに、まるで運動方向が変化しているように見えることを説明するのが、コリオリの力です。地球の自転に合わせて我々も動いているからこそ生じる現象です。

イスの実験と同じように、地球が２４時間かけて１周する間にディスニーシーの振り子も１回転するように見えます。このため、南北に振れていた振り子が東西になり、また南北に戻ります。
振り子の揺れ方向が変化しているのではなく、それを見ている我々の方が地球の時点に合わせて移動しているだけなのです。


台風が渦になるのは何故か？
たとえば、こういう事です。

台風は強力な低気圧ですので、周囲の空気をどんどん吸い込んでいます。それと同時に、台風自体も地球の自転に乗って地球を２４時間で１周しています。日本の南方海上に発生した台風は、昼も夜も日本の南方海上にありますからね。

台風の中心が地球の自転に乗って１時間に１５度動けば（360度÷24時間＝15度）、より気圧の高い北側から台風中心に向かって吹き込む風の気流は、台風が東方向に１５度移動するのに合わせて東方向に１５度湾曲します。絶え間なく吹き込む風がみんな曲がると、やがて渦が生じる。

風呂の浴槽の水を抜くときを思い出して下さい。最初は些細な流れでも、いったん渦になると、その渦がどんどん成長して大きく強力に育ちます。台風も、いったん風の流れが出来上がると、あとは周囲の空気をどんどん引き込みながら、大きく成長して強烈な渦を巻くようになります。
渦を巻くことの最初のきっかけは地球の自転（コリオリの力）で説明できますが、いったん渦になってしまえば、あとは気圧の力でどんどん成長する一方です。そうして大きな台風の渦がつくられます。

ただ、本当に風が１５度も曲がるわけではありません。その風も地球の自転に乗っていますからね。また、偏西風や、そのときの気圧配置なども大きく影響しますので、上記の説明はひとつの原理として理解して下さい。

moby_dick · Answer

先ずコリオリの力の説明をします。

宇宙空間の中で地球が自転回転しているのが原因です。
北半球では、反時計回りに回転している、（簡単には）円盤の上に我々はいる訳です。
そこで例えば、大砲の弾を横向きに打ち出したことを考えます。
宇宙から見れば弾は真っ直ぐ進みます。が、円盤の上にいる我々には、弾が進む内にも円盤が回転しますから、弾が真っ直ぐでなく右に反れ曲がって進むように見えます。
そう言うわけで、北半球で水平に進むものは、あたかも何かの力が働いたように右に反れて曲がります。

地球上で地球を基準に、何かの運動を考える時、簡単のために、あたかも地球が静止しているように考えてします。実際と違う仮定ですが、その代わりに、地球が回転している影響・効果は、存在しない力、コリオリ力があたかも働くようにして取り入れます。
一方、宇宙から宇宙を基準に地球上の運動を考える時、コリオリ力などないですが、回転している地球上の運動を宇宙から直接考えるのは非常に難しいことになります。

なお、コリオリ力は北半球で水平に進むものには常に（運動の向きが東西南北どの方向でも同じ）右に反らすように働きます。（正確には右上、右下などありますが、とにかく右です。）
ですから、フーコーの振り子ならどこまでも右回転させるわけです。

言うまでもなく、フーコーの振り子は、極点で振らして考えれば簡単です。
勿論、宇宙から見た振りの向きは慣性で不変で、地球は日一回転します。
地球からの見え方は、地球自転を考えればコリオリ力を考えなくても理解できますし、自転を直接考えないならコリオリ力で動くこと分かるわけです。
中緯度での振舞いは、極点での振舞いが基本ですが、正確に理解するのは非常に難しいです

pascal3141 · Answer

「コリオリの力」はあくまで仮想的な力です。そういった力を考えれば計算し安いので考え出された物です。実際には、次のように考えればいいのでしょう。
　反時計回りに回転する円盤をかんがえて、その上の離れたところで同じ方向に振り子を振らせてください。この振り子がフーコーの振り子で、円盤が地球です。そうすれば、最初ある方向に振っていた振り子が円盤が回転するにつれ反対方向（時計回り）に回転していくように見えます。ちょうど円盤が１回転すれば最初と同じ場所に同じようにふれていることがわかります。
　私たちは、その円盤にのっているものなので、不思議に思われるのですが、離れてみれば当たり前のことです。
　なお、今の説明は円盤と振り子が離れているとして、説明しましたが、実際には、振り子は円盤状のある場所にたてた棒からぶら下がってふれていると考える方が本当ですが、どちらにしても振り子の振動面は円盤の回転に関係なしに一定なので離して振っていると考えたのです。

noname#13382 · Answer

コリオリの力は緯度によって変わってきます。
高緯度ほど力は強く働き、赤道上では0となります。

フーコーの振り子が1時間でずれる角度は、緯度を φ 
とすると

15°sin φ

となります。

1日では 360°sin φ

ですね。

もちろん、いつまでもほうっておけば、赤道上でない限り、いつかは一周します。

フーコーの振り子

コリオリの力は、みかけの力です。

先ずコリオリの力の説明をします。

「コリオリの力」はあくまで仮想的な力です。

この回答への補足

コリオリの力は緯度によって変わってきます。

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　「コリオリの力」はあくまで仮想的な力です。