지구과학 고2 대기와 해양의 상호작용

전향력(코리올리 힘)

자전하는 지구 위에서 운동하는 물체에 작용하는 겉보기 힘으로, 북반구에서 오른쪽·남반구에서 왼쪽으로 편향된다.

자전하는 지구를 기준으로 물체의 운동을 볼 때 나타나는 겉보기 힘으로, 운동 방향의 오른쪽(북반구)·왼쪽(남반구)으로 휘어 보이게 만듭니다.

회전목마 위에서 친구에게 공을 똑바로 던져 보세요. 공은 똑바로 날아가는데, 그 사이 친구가 돌아가 버려서 옆으로 휘어 간 것처럼 보입니다. 지구도 하루에 한 바퀴 도는 거대한 회전목마입니다.

쉽게 말하면

기압과 바람에서 바람이 등압선을 곧장 가로지르지 않고 휘는 것을 보았습니다. 그 범인이 전향력인데, 이 힘의 가장 중요한 성질은 '진짜 힘이 아니다'라는 것입니다.

우주에서 내려다보면 움직이는 공기 덩어리는 아무에게도 옆으로 떠밀리지 않습니다. 그저 관성대로 직진할 뿐입니다. 문제는 그 아래에서 지구가 돌고 있다는 것입니다. 지구와 함께 도는 우리 눈에는, 직진하던 공기가 자꾸 옆으로 휘는 것처럼 보입니다. 이 '보이는 휘어짐'을 힘의 언어로 옮긴 것이 전향력입니다. 그래서 겉보기 힘이라고 하며, 물리에서 원심력 (관성력)과 같은 부류에 속합니다. 회전하는 좌표계에 서 있기 때문에 등장하는 힘입니다.

전향력에는 세 가지 규칙이 있습니다. 첫째, 방향은 북반구에서 운동 방향의 오른쪽 90도, 남반구에서 왼쪽 90도입니다. 남쪽으로 가든 북쪽으로 가든 동쪽으로 가든 똑같이 '진행 방향 기준 오른쪽'입니다. 둘째, 크기는 물체의 속력에 비례합니다. 정지한 물체에는 전향력이 작용하지 않습니다. 셋째, 크기는 위도에 따라 달라져 극지방에서 최대이고 적도에서 0입니다.

적도에서 0이 되는 것이 결정적입니다. 그래서 적도 부근에서는 소용돌이가 유지되지 못하고, 대기 대순환에서 남북으로 흐르려던 공기가 위도가 높아질수록 점점 크게 휘어 무역풍과 편서풍이라는 동서 방향 바람으로 바뀝니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

북반구에서 북쪽으로 쏘아 보낸 물체

북쪽으로 향하는 물체는 오른쪽, 즉 동쪽으로 휩니다. 남쪽으로 향하는 물체 역시 오른쪽, 즉 서쪽으로 휩니다. 방향이 반대인데 둘 다 '오른쪽'이라는 점을 확인해 보세요. 전향력의 방향은 절대적인 동서남북이 아니라 언제나 '진행 방향 기준'입니다.
예시 2

북반구 저기압과 고기압의 회전 방향

저기압 중심으로 빨려 들어가던 공기가 오른쪽으로 휘면 전체적으로 반시계 방향의 소용돌이가 됩니다. 고기압에서 밖으로 나가는 공기가 오른쪽으로 휘면 시계 방향이 됩니다. 남반구에서는 둘 다 반대가 됩니다. 위성 사진에서 소용돌이의 회전 방향만 봐도 어느 반구인지 알 수 있습니다.
예시 3

왜 적도에서는 전향력이 0인가

전향력은 지면이 관측자의 발밑에서 '돌아가는 정도'에서 나옵니다. 극지방에 서면 지면이 하루에 한 바퀴 통째로 회전하지만, 적도에 서면 지면은 회전하지 않고 그저 옆으로 실려 갈 뿐입니다. 그래서 수평면 안에서의 휘어짐이 극에서 최대, 적도에서 0이 됩니다.

자주 하는 오해

전향력을 공기를 실제로 밀어 주는 힘이라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움지구 자전이 공기를 옆으로 밀어서 바람이 휘어진다

실제로는실제로 미는 것은 없습니다. 관성대로 직진하는 물체를 '돌고 있는 우리'가 보기 때문에 휘어 보이는 것입니다.

전향력을 진짜 힘으로 착각하면, 우주에서 본 그림과 지상에서 본 그림이 왜 다른지 영영 설명되지 않습니다. 진짜 힘에는 반작용 짝이 있어야 하는데 전향력에는 없습니다. 또 이렇게 이해해야 '전향력은 왜 정지한 물체에는 작용하지 않는가'(움직이지 않으면 어긋날 것도 없으니까)가 자연스럽게 풀립니다.

세면대 물이 빠지는 방향도 전향력이 정한다고 믿기

이렇게 생각하기 쉬움북반구 세면대와 변기의 물이 빠질 때 전향력 때문에 반시계 방향으로 돈다

실제로는그 정도 크기와 시간에서 전향력은 무시할 만큼 작습니다. 배수구의 회전 방향은 그릇 모양, 처음 물의 흐름, 물을 채운 방식 같은 것으로 결정됩니다.

전향력의 효과는 운동이 오래, 넓게 이어질 때에만 쌓여서 눈에 보입니다. 태풍처럼 수백 km를 며칠간 도는 흐름에서는 결정적이지만, 몇십 cm를 몇 초 만에 빠지는 물에서는 다른 요인에 완전히 묻힙니다. '전향력은 작지만 오래 누적되는 힘'이라고 기억하세요.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

기압과 바람고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

대기 대순환고2 에크만 수송과 지형류고3

연계 개념 — 과목을 넘어 함께 보면 좋아요

원심력 (관성력)고2

같은 단원의 개념 — 대기와 해양의 상호작용

자주 묻는 질문

Q1전향력은 왜 속력을 바꾸지 않고 방향만 바꾸나요?

전향력이 언제나 운동 방향에 수직으로 작용하기 때문입니다. 운동 방향과 수직인 힘은 일을 하지 않으므로 운동 에너지를 바꾸지 못하고, 결과적으로 속력은 그대로 두고 방향만 돌려놓습니다.

Q2그러면 전향력은 없는 힘인가요? 왜 굳이 쓰나요?

우리가 지구에 발을 붙이고 살기 때문입니다. 일기도도 관측도 전부 회전하는 지구를 기준으로 작성됩니다. 이 기준에서 뉴턴의 법칙을 그대로 쓰려면 전향력이라는 항을 넣어 주어야 계산이 맞습니다. 편의를 위한 항이지만, 그 항을 넣으면 예측이 정확히 맞습니다.

Q3장거리 미사일이나 비행기는 전향력을 고려하나요?

네. 오래 날아가는 물체일수록 누적된 휘어짐이 커집니다. 수백 km 이상을 날아가는 발사체는 전향력을 계산에 넣지 않으면 목표에서 크게 벗어납니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 지구과학 · 대기와 해양의 상호작용 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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