La fuerza de Coriolis

Escrito por Michele Catanzaro

Las imágenes animadas de los satélites que se ven en los programas del tiempo tienen una particularidad: las perturbaciones, las borrascas y las nubes siempre viajan de izquierda a derecha. Por ejemplo, una perturbación que nace en la península Ibérica va hacia la italiana y una que llega desde América se acerca a Europa. Ésta es una de las manifestaciones de una fuerza que influye la dirección de los vientos y de las corrientes. Pero la fuerza de Coriolis no aparece por arte de magia: su presencia nos recuerda que vivimos en un planeta que gira.

Una línea y un disco 

Cogemos un disco de vinilo de los antiguos (¡uno que no sea demasiado valioso!). Pongámoslo a girar en un tocadiscos. Cogemos una tiza e intentamos trazar una línea desde el centro del disco hasta el borde. Paramos el disco y miramos el resultado: en vez de una línea recta encontraremos una curva, como si la tiza hubiese ido girando hacia la izquierda. Esto es, en sustancia, lo que pasa con las perturbaciones atmosféricas. Por ejemplo, las perturbaciones que se forman en el ecuador subirían hacia los polos, pero la rotación de la Tierra hace que su trayectoria nos aparezca desviada hacia el este.

Trayectoria de la mano.

Dibujo de la tiza.

¡Todo gira!

¿Por qué la línea de tiza va hacia la izquierda? ¿Y por qué las borrascas que vienen del ecuador van hacia el este? La respuesta a la primera pregunta es muy sencilla: los tocadiscos giran en sentido horario. Para entender la relación entre las dos cosas, imaginemos en lugar del disco la plataforma giratoria de unas atracciones.

En el centro de la plataforma hay una chica, Marta, con una cerbatana, un tubo largo donde puede meter pelotitas de papel y dispararlas soplando por uno de los extremos, como se hace con los bolígrafos vacíos. Marta dispara una pelotita de papel hacia un chico, Pedro, sentado en el perímetro de la plataforma. Cuando la pelotita llega a su destino, la plataforma ha girado un poco. Entonces, la bolita no cae en el punto establecido (donde está ahora Pedro), sino algo más hacia la izquierda.

Desde el punto de vista de Marta, es como si la trayectoria de la pelotita se hubiera desviado hacia la izquierda, a causa de una fuerza misteriosa. En realidad no hay ningún misterio: sólo se trata de una “fuerza aparente” debida al hecho de que el sistema está en rotación.

¿Izquierda o derecha? ¿Horario u antihorario?

Ahora invertimos la situación y damos a Pedro la cerbatana. También en este caso, la trayectoria resultará desviada hacia la izquierda. La razón es siempre que la plataforma está en rotación. Pero esta vez hay otro hecho que considerar.

Cuanto más se aleja del centro de la plataforma, tanto mayor es la velocidad “tangencial” de Pedro: cuando está cerca del centro, gira pocos centímetros cada segundo, pero en los bordes de la atracción, cada segundo que pasa significa más de un metro de desplazamiento.

Esta velocidad se añade a la que él imprime a la pelotita y hace que ésta se desvíe otra vez hacia la izquierda.

Si se repitiese el mismo experimento con una atracción que girara en sentido antihorario, se vería en los dos casos una desviación hacia la derecha. La regla general es que la fuerza de Coriolis actúa hacia la derecha del sentido del movimiento en un sistema que gira en sentido antihorario y hacia la izquierda en un sistema que gira en sentido horario.

Del Polo Norte al Ecuador y vuelta

La Tierra es como una gran atracción giratoria tridimensional. En un cierto sentido, el hemisferio norte se puede comparar con la plataforma de Marta y de Pedro, pero “un poco” abombada. La Tierra gira del este al oeste, en sentido antihorario. Y también en este caso, la velocidad tangencial es cero en los polos y máxima en el ecuador. Así ¿qué pasa si Marta lanza una “superpelotita” desde el polo norte hacia el ecuador, donde la espera Pedro? ¿Va hacia el este o hacia el oeste? (1) ¿Y si le damos la cerbatana a Pedro? (2) [Mira las soluciones la pie]

¿Y en el hemisferio sur?

Si la pelotita de papel de Marta es verdaderamente fenomenal, superará a Pedro y llegará más allá del ecuador.

De pronto la pelotita se encontrará en un sistema invertido respecto del otro y recibirá una fuerza de Coriolis hacia la izquierda (este)

Lo mismo pasará si Marta se sitúa con la cerbatana en el polo sur (pero esta vez la desviación hacia la izquierda corresponde a una desviación hacia el oeste). En resumen, los movimientos del ecuador a los polos se desvían hacia el este y los de los polos al ecuador se desvían hacia el oeste.

Alisios, borrascas y corrientes

La rotación de la Tierra es muy lenta (¡necesita 24 horas para hacer sólo un giro!), mucho más lenta que los fenómenos físicos que duran pocos segundos o minutos, que no se resienten de ello. Pero, sí que hay fenómenos que duran muchos días y se alargan por grandes espacios: por ejemplo, los fenómenos meteorológicos. En este caso, el efecto de la lenta rotación terrestre se va sumando y acaba jugando un papel. Por ejemplo, las altas temperaturas ecuatoriales calientan masas de aire que en consecuencia reducen su densidad y suben, atrayendo aire frío desde las zonas de la Tierra más próximas a los polos. Este aire es desviado por la fuerza de Coriolis y constituye los vientos constantes conocidos como alisios. En el hemisferio norte los alisios soplan hacia al suroeste y en el sur hacia al noroeste. También la circulación de las borrascas sigue la pauta de la fuerza de Coriolis. Así, las borrascas que nacen en el ecuador circulan hacia el oeste, tanto en el hemisferio sur como en el norte. Un discurso parecido se puede hacer para las corrientes del mar.

El sentido de los ciclones

Pero hay un fenómeno meteorológico diferente entre los dos hemisferios: la dirección de rotación de los ciclones y de los anticiclones.  Los primeros son espirales de aire que se forman en cualquier lugar de una zona de baja presión: la falta de aire en esta zona atrae más aire, que se pone en rotación por el efecto de Coriolis.

La baja presión normalmente se asocia al mal tiempo. Al contrario, los anticiclones se forman en cualquier lugar de una zona de alta presión que expulsa aire, que a su vez se pone en rotación por Coriolis. La alta presión se asocia normalmente al buen tiempo.

Debido a las diferencias de la fuerza de Coriolis entre los dos hemisferios, los ciclones giran en sentido antihorario y los anticiclones en sentido horario en el hemisferio norte, mientras que en el sur pasa al revés.

El fregadero imposible

Quizás os han explicado que en el hemisferio norte el agua se cuela por el desagüe girando en sentido contrario que en el hemisferio sur por la rotación de la Tierra. Pero el sentido de rotación del agua en un fregadero no tiene nada a ver con el efecto Coriolis: se trata de una leyenda urbana. Haría falta un fregadero muy muy grande en reposo absoluto, con un desagüe muy muy pequeño, que se vaciase muy muy lentamente, durante horas, para poder apreciar el efecto Coriolis. De hecho, en un fregadero normal, según su forma o las perturbaciones que le uno aplique se puede invertir el sentido de rotación fácilmente. ¡Pruébalo tú mismo!

¿Quién era Coriolis?

Gaspard-Gustave de Coriolis vivió en París durante la primera mitad del siglo XIX.

Este matemático e ingeniero escribió, entre otros importantes trabajos, el artículo “Sobre las ecuaciones del movimiento relativo en los sistemas de los cuerpos” (1835), donde introducía la que después se denominó “fuerza de Coriolis”. Este nombre se lo dieron los meteorólogos a finales del siglo XIX.

Pero Coriolis no mencionó ningún problema meteorológico en su artículo. Su interés principal era el funcionamiento de las ruedas de molino.

Soluciones:

• (1) Antihorario –> a la derecha de Marta –> hacia el oeste.
• (2) Antihorario –> a la derecha de Pedro –> hacia el este.

Fuente: portaleureka.com
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