In het artikel Waar komt de wind vandaan? wordt gesproken over de wet van Buys Ballot: de wind waait op het noordelijk halfrond met een afwijking naar rechts en op het zuidelijk halfrond een afwijking naar links. Dit wordt veroorzaakt door de draaiing van de aarde om zijn noord-zuidas. Het effect treedt op in elk draaiend systeem en werd in 1835 voor het eerst beschreven door ingenieur Gustave-Gaspard Coriolis en is naar hem genoemd: het Corioliseffect.
In de volgende proef ga je ontdekken hoe de baan van een bal eruitziet voor iemand die hem heeft gegooid vanaf een draaiende schijf. Hij ziet een heel andere baan dan iemand die naast de schijf staat. Op het eind van de proef ga je wat dieper in op de verklaring van het Corioliseffect.
Benodigdheden
- Stuk karton (± 30 cm x 30 cm)
- Kopie van de draaiende schijf (zie figuur 1)
- Schaar
- Punaise
- Plakband
- Liniaal
- Papierstrook (20 cm x 0,5 cm)
- Viltstift
Voorbereiding van de proef
Download hier de pdf-versie van figuur 1.
Uitvoering van de proef
In deze proef ga je de baan van een bal construeren die wordt waargenomen door een werper op een draaiende schijf. De schijf is verdeeld in hoeken van 10 graden en draait met een hoeksnelheid van 10 graden per sec tegen de wijzers van de klok in.
1. Kies op de ronde schijf een plek waar de werper (W) staat en waar de vanger (V).
2. Geef met een pijl de richting aan waarin W de bal werpt naar V en met een stippellijn de baan die de bal zou volgen als de schijf stilstaat. De lengte van de pijl is een maat voor de grootte van de snelheid (bijvoorbeeld 2 centimeter betekent: snelheid van de bal = 2 cm/s) (figuur 3).
3. Als de schijf draait krijgt de bal naast de werpsnelheid ook een snelheid mee van de draaiende schijf. Deze snelheid kun je met een tweede pijl qua richting en grootte aangeven, want je weet dat de schijf in 1 seconde 10 graden verder draait. De resultante snelheid kun je nu tekenen (figuur 4).
4. Leg het papierstrookje in de richting van de resultante snelheid en teken de lengte van de pijl af aan het begin van de papierstrook (figuur 5).
5. Zet de afgetekende lengte van figuur 5 een aantal keren langs de papierstrook en zet de cijfers 0, 1, 2, 3 etc. bij de streepjes. Leg de papierstrook terug op de schijf zoals is aangegeven in figuur 6. Hiermee ligt vast hoe de bal zich door de lucht verplaatst telkens na 1 seconde.
6. Zorg ervoor dat de papierstrook vanaf nu niet meer kan bewegen (plak het uiteinde van de strook buiten de draaibare schijf vast of druk daar met je vinger op zoals in figuur 7).
7. Draai de schijf 10 graden verder en geef met een stip op de gedraaide schijf aan waar de bal zich nu in de lucht bevindt (rode stip naast 1 op de strook in figuur 8).
8. Herhaal dit voor de situatie na 2, 3, 4, 5 sec………… (figuur 9).
9. Haal de papierstrook weg en teken de baan van de bal zoals die wordt gezien door de werper die meedraaide met de schijf (figuur 10). Dit is ook de baan die de vanger waarneemt.
Vraag 1: Wat ziet de vanger als deze naast de draaiende schijf had gestaan?
Een waarnemer die naast de draaiende schijf staat zal de bal altijd een rechte weg zien afleggen namelijk de baan van de papierstrook.
Vraag 2: Kun je nu zelf verklaren hoe de kromme baan ontstaat voor een waarnemer op de schijf?
Zoals gezegd wordt het Corioliseffect veroorzaakt doordat de waarnemer zich in het draaiende systeem bevindt. Om te onderzoeken hoe het draaiende systeem de baan precies beïnvloedt zou je de schijf kunnen vervangen door een ondergrond die wel beweegt, maar niet draait, bijvoorbeeld een lopende band. In figuur 11 zie je een paar opnamen van zo’n lopende band: een blad papier dat tussen twee rode strepen naar rechts schuift. De band is met lijnen in gelijke stukken verdeeld. De breedte van elk stuk is de afstand waarover de band zich in 1 seconde verplaatst.
Je ziet aan het eindresultaat dat nu geen kromming ontstaat. Dit komt doordat elk punt van de lopende band waar de bal overheen vliegt dezelfde snelheid heeft als de extra snelheid die de bal van de band bij de start heeft meegekregen. De band houdt gelijke tred met de bal in zijn verplaatsing naar rechts. Ze reizen met elkaar mee in die richting.
Bij de draaiende schijf is dat heel anders. Laten we eens kijken naar het beginstuk van de kromme baan die daar ontstaat. Daar heeft elk punt van de schijf waar de bal overheen vliegt een andere snelheid qua grootte én richting. De grootte neemt af en de richting draait tegen de cijfers van de klok in.
Wat gebeurt er als alleen de grootte zou veranderen?
In figuur 12 is de proef van figuur 11 herhaald met elke volgende sec het blad iets minder ver verschoven. Het resultaat zie je aan de groene stippen. Er ontstaat nu al een kromming naar rechts.
Wat gebeurt er als alleen de richting zou veranderen?
Een proef met een lopende band waarin alleen de richting van de loopsnelheid verandert is moeilijk uitvoerbaar. Toch kun je met een eenvoudig snelheidsplaatje wel begrijpen dat hierdoor de waargenomen kromming wordt versterkt. In figuur 13a is de bal getekend en een stukje van de schijf onder de bal.
In figuur 13b is de situatie getekend bij de start, waarbij de snelheid waarmee de bal gegooid wordt even is weggelaten. Je ziet in figuur 13c dat alleen al door de richtingsverandering van de snelheid van de schijf de schijf achterop raakt bij de bal in zijn beweging naar rechts.
Dus zowel het kleiner worden van de schijfsnelheid als de draaiing van de snelheid tegen de wijzers van de klok in zorgen voor een afbuiging naar rechts.
Enkele suggesties als je verder wilt met deze proef
Je kunt de schijf en papierstrook meerdere keren gebruiken als je
- De viltstift vervangt door potlood en gum of
- Het A4'tje plastificeert (bijvoorbeeld met doorzichtig plakfolie) vóórdat je de ronde schijf uitknipt zodat je met een uitveegbare viltstift kunt werken.
Je kunt de proef herhalen
- Met een werper en/of een vanger op een andere plaats op de schijf.
- Met een werper op de schijf en een vanger naast de schijf of andersom.
- Met een werper die de bal met een grotere/kleinere snelheid gooit.
- Met een schijf die met een grotere/kleinere hoeksnelheid draait.
- Met een schijf die andersom draait.
Op YouTube zijn diverse filmpjes te vinden van draaiende systemen waarin het Corioliseffect gedemonstreerd wordt.
