コリオリの力について

質問

はずみ車が観覧車の様に回転する場合、緯度にもよるかもしれませんが、はずみ車にコリオリの力は働くでしょうか？また働くとすれば、はずみ車の回転方向、回転速度、はずみ車の径とどのような関係があるでしょうか？
またはずみ車が地球ゴマやジャイロの様な場合にもコリオリ力は働きますか？
いや、少しでも自然界からエネルギーを抽出できないかなと思って。

回答No.3

hagiwara_m

まず、昨日書いた内容の最後の３行が誤っていましたので訂正いたします。

×> はずみ車から離れて動く物体があれば、これにはコリオリ力が作用し、
×> それによる仕事も、、云々、、（中略）
×> はずみ車系外から仕事がなされねばならないことにご注意下さい。
は、単に、
○ はずみ車から離れて動く物体があれば、これにはコリオリ力が作用します。

で止めて下さい。速度とコリオリ力は直角なので、質点は仕事をされませんね。(^^; 遠心力についての類似の話題が多いので、ごっちゃになってしまいました。m(__)m

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さて、もっと先決の問題があるようです。私は、はずみ車といっしょに動く座標系を考えましたが、ご質問は、地球の自転によるコリオリ力を、はずみ車がどう受けるかという主旨のようです。これですと、少し別の問題になります。
コリオリ力は、地軸に垂直な面内の速度成分をもつ物体（質点）に作用します。そこで、緯度によって区別しないと、実験条件が指定しずらいです。

とりあえず分類して考えてみますが、あまり自信はありません。どなたか詳しい方に引き継いで頂ければいいのですが、、、

1-a）極にある観覧車状はずみ車の場合
主に上下端の部分で、各質量要素にコリオリ力がかかります。その総和は、軸受け・支柱に対して、観覧車を横倒しさせるような効果です。

1-b）極にあるコマ状はずみ車の場合
各質量要素のコリオリ力は、はずみ車の面内・軸方向に作用し、モーメントの総和はゼロになります。特に効果は現われないでしょう。

2-a）赤道にある観覧車状はずみ車の場合
主に車の左右端の部分で、各質量要素にコリオリ力がかかります。効果については、回転軸方向によって分けて考える必要があります。東西方向の軸の場合、１-aと似た状況です。ただ、支柱にかかる力は捻りになると思います。南北方向の軸の場合は１-bと同じことで効果は現われないでしょう。

2-b）赤道にあるコマ状はずみ車の場合
この場合は、主に南北端部分にコリオリ力が作用します。鉛直回転軸を倒そうとするトルクになると思います（実際に傾けば際差運動的になりますが）。

以上を振り返って、この問題は、コリオリ力よりも、ジャイロスコープ効果で考えるべき問題なのだと感じます。（コリオリ力は、普通は地表に水平な運動と力を問題にしますね）

補足

1-a)、2-a)東西方向の軸、2-b)の場合の効果、トルクを地球ゴマのような複数軸を持った装置により回転エネルギー等を抽出することはできないのでしょうか？
あと、コリオリの力は地軸と垂直な面内の速度成分をもつ物体に作用するとありますが地軸からの距離、地上からの高さによってその作用の強さは異なりますか？
異なる場合、観覧車はずみ車の径が大きい場合やはずみ車の回転速度が以上に速い場合、その影響は無視できなくなりませんか？