Efecte de Coriolis

Figura 1: El sentit de gir en sentit contrari a les agulles del rellotge d'una depressió atmosfèrica s'explica per la força de Coriolis i pel gradient de pressió.

L'efecte de Coriolis, acceleració de Coriolis o força de Coriolis és una acceleració aparent, afegida a la real, que un observador atribueix a un cos en moviment amb una velocitat diferent a zero, quan l'observa des d'un sistema de referència $S'$ en rotació respecte a un sistema de referència inercial $S$. És a dir, sempre apareix quan hi ha una translació de qualsevol cos respecte a una rotació.

Si la velocitat del cos respecte a $S'$ és $v$, i la velocitat angular de rotació de $S'$ respecte a $S$ és $\omega$, l'acceleració de Coriolis del cos és $aC=-2\omega v$ El valor de la força de Coriolis és $FC=-2m\omega v$.

L'acceleració de Coriolis apareix, per exemple, en nombroses màquines i mecanismes que tenen una colissa que es mou linealment sobre una barra que té una determinada velocitat angular $\omega$. Cal esmentar com a exemples més entenedors el Timó Raphson o la màquina llimadora.

A la Terra, l'efecte Coriolis apareix per la influència de la seva rotació. Si es llança una bola des de just el pol nord geogràfic que es mogui sense fregament en direcció a l'equador seguint un meridià (figura 2), si la Terra estigués immòbil, és a dir, no rotés, la bola aniria seguint el meridià fins a arribar a l'equador. Però com la Terra gira d'oest a est i suposem que la bola no participa d'aquest moviment (ja que ha començat el seu viatge en el pol nord, que no gira) la bola es troba sobre un sol que cada vegada té més velocitat lineal cap a l'est. Una persona situada al pol nord, veurà que la bola s'allunya cada vegada més del meridià i deduirà que una força desvia la trajectòria de la bola cap a la dreta del meridià. Si la bola es llança des de l'equador cap al pol nord, seguint el mateix meridià, la bola, quan es llança, malgrat està en repòs respecte a terra, aquest repòs és aparent, ja que gira amb la Terra d'oest a est. Per tant, la bola surt amb una certa velocitat cap a l'est i, a mesura que s'apropa al pol, es troba que el sol presenta cada vegada menys velocitat. Com a resultat, la persona situada en l'equador veurà que la bola es va desplaçant cap a la dreta del meridià.

Figura 3: A la imatge superior es veu una bola que s'allunya en línia recta des del centre d'un disc giratori fins a la vorera, però vist des del punt de vista d'un observador extern. En la de sota, es veu la trajectòria de la bola sobre el disc, però des del punt de vista d'un observador situat al damunt del disc.

L'animació de figura 3 mostra la diferència entre la perspectiva d'un observador en repòs en un sistema inercial i la d'un observador que està a sobre un disc en rotació en el mateix sistema referencial. Pel primer observador, el situat fora del disc, la pilota només es mou en línia recta i a una velocitat constant des del centre del disc fins a la vorera. Per a ell, no hi ha cap força que actuï sobre la bola, ja que aquesta es mou en línia recta. Per l'observador situat sobre el disc (el punt vermell), la bola es mou al llarg d'un arc, cap a la seva esquerra, canviant constantment de direcció. Per tant, per aquest observador, una força desplaça la bola cap a la seva esquerra (força de Coriolis).

Coriolis és el cognom del físic francès Gaspard Gustave de Coriolis que va descobrir l'acceleració complementària que porta el seu nom.

La força de Coriolis explica entre altres coses, el sentit dels ciclons i anticiclons atmosfèrics, dels corrents marítims i el moviments dels projectils. Una llegenda urbana atribueix diferents sentits de rotació al curs de l'aigua dels vàters de l'hemisferi nord i sud a aquest efecte. Això és una falsedat molt estesa. La força de Coriolis és prou intensa com per dirigir la rotació d'un huracà durant dies, però és massa dèbil com per provocar una rotació en una petita quantitat d'aigua durant els escassos segons que triga a desaparèixer per l'aigüera.

Bibliografia