La Forza di Coriolis, la forza (apparente) che non c’è, ma si vede!

Eccoci giunti al terzo appuntamento didattico. Prima di parlare, come promesso, della Circolazione Generale dell’Atmosfera e dei sistemi di alte e basse pressioni che la caratterizzano, abbiamo  bisogno di definire alcuni concetti fondamentali che influenzano radicalmente la gran parte dei fenomeni che quotidianamente vediamo nell’atmosfera. Il primo concetto che dobbiamo mettere in chiaro è il perchè i venti nelle basse pressioni girano in un senso e le alte pressioni in un’altro…ovvero cosa influenza il moto delle masse d’aria lungo il loro percorso? I più esperti sanno che si tratta della Forza di Coriolis, definita come “forza apparente”, che modifica il movimento dei corpi sulla Terra, deviandoli. In questo articolo proviamo a parlarne in modo semplice e, speriamo, intuitivo!

La forza di Coriolis è una forza apparente, ovvero una forza che dipende dal sistema di riferimento da cui la guardiamo, in questo caso ne vediamo o no gli effetti se ci troviamo o meno sulla terra (potremmo trovarci nello spazio o così via). La forza di Coriolis prende il nome dal suo scopritore, il matematico francese, Gustave De Coriolis , che teorizzò nel 1800. E’ una forza fittizia (sinonimo di apparente), che agisce solo sui corpi in movimento (ovvero non genera il moto, no lo crea, ma agisce solo se il moto esiste già) ed è generata dalla rotazione terrestre, in un sistema di riferimento non inerziale, ed ha l’effetto apparente di deviare i corpi da una traiettoria rettilinea.

Non facciamoci spaventare dalla definizione e proseguiamo per gradi andandoci a porre subito alcuni quesiti:

Cosa è una forza apparente o fittizia? Cosa è un sistema di riferimento inerziale o non inerziale? Andiamo a rispondere a queste domande senza definizioni fisiche complicate ma attraverso un semplice esempio :

Se siamo su un treno in movimento a velocità costante o uniforme (sistema inerziale) e appoggiamo una pallina a terra, cosa succede? Succede che la pallina sta ferma perché in questa condizione agisce un principio fisico fondamenta, spesso banale…ma che sperimentano tutti i corpi…fermi, ovvero il principio di inerzia che afferma che “un corpo persiste nel suo stato di quiete o moto uniforme finché una forza non interviene a modificarlo”. Adesso consideriamo un’improvvisa accelerazione del treno.

Cosa succederà alla pallina quando il treno accelera di colpo?

Iniziamo a dire che  il sistema non sarà più inerziale, ma sarà un “sistema non inerziale”, perchè la sua velocità non è costante, varia, infatti abbiamo avuto un’accelerazione.

Come conseguenza dell’accelerazione avremo che la pallina non starà più ferma (rispetto al pavimento del treno) ed avrà la velocità  che aveva il treno precedentemente (velocità uniforme), mentre il treno adesso procederà, invece, ad una velocità diversa per via dell’accelerazione che ha avuto. Il risultato è che se il treno si muove in moto costante, la pallina non si muove, se il treno accelera di colpo, la pallina si muove. Direte voi “banalissimo, succede anche agli oggetti nella mia macchina”. Invece non è banale come sembra, e qualcosa del genere succede anche alle masse d’aria. In questo caso lo spostamento della pallina sarà causata da una forza invisibile ( forza apparente) per noi che siamo all’interno del treno, in quanto non è conseguenza di altre forze esterne ma della sola accelerazione del treno. Abbiamo compreso con un pratico esempio perché le forze apparenti sono presenti in sistemi non inerziali, e come possono dipendere dal sistema di riferimento in cui ci troviamo (uno spettatore che guarda il treno passare, vedrà la pallina ed il treno muoversi diversamente da chi sta sul treno, per uno la pallina è ferma, per l’altro ha la velocità del treno, per esempio…ma non complichiamoci le cose)

FORZA DI CORIOLIS : FORZA DEVIANTE. PERCHE’?

Se non ci fosse rotazione terrestre il punto A percorrerebbe una traiettoria perfettamente meridiana fino al punto B. A causa della rotazione terrestre il punto A invece sarà deviato a seconda dei due emisferi ed arriverà ad un punto C.

Parliamo ora della forza di Coriolis che, come dicevamo,  è una forza apparente. Essa devia i corpi che si muovono sulla Terra, da una traiettoria rettilinea (almeno per quello che sembra a noi) trasformandola in una traiettoria curvilinea. Difatti a causa della sua esistenza, ogni corpo che si muove dai Poli all’Equatore subisce una deviazione rispetto alla sua direzione iniziale. Se si muove nell’Emisfero Boreale, sia dall’Equatore verso il Polo Nord e viceversa, esso subirà una deviazione verso destra, se si muove nell’Emisfero Australe, sia dall’Equatore verso il Polo Sud e viceversa, subirà una deviazione verso sinistra. Ma perché abbiamo queste deviazioni?

La velocità di rotazione lineare della Terra alle diverse latitudini non è costante, appunto non è uniforme (sistema non inerziale). Salendo dall’Equatore verso il Polo Nord, un corpo (per esempio un proiettile sparato dall’equatore verso il polo)  si muoverà su zone con velocità di rotazione sempre minore (succede spostandosi dall’equatore ai poli). Per inerzia il corpo tenderà a mantenere, durante il suo “viaggio” la sua velocità iniziale (un po’ come successo nell’esempio della pallina dopo l’accellerazione del treno), ma risulta, quindi, in anticipo rispetto ai punti della superficie che incontrerà e quindi subirà una deviazione verso destra. Se il lancio del corpo (proiettile) venisse effettuato dall’Equatore verso il Polo Sud, invece, la deviazione avverrebbe verso sinistra. La forza di Coriolis sul piano orizzontale è nulla all’Equatore, mentre è massima ai Poli. 

Si possono spiegare svariati fenomeni che vediamo nella vita di tutti i giorni, grazie a tale forza, tra cui il fatto che nel nostro emisfero le rive destre dei fiumi e le rotaie destre (rispetto al verso del moto)  sono le più consumate;  il fatto che se si spara a grande distanza su un bersaglio, senza tener conto della deviazione di Coriolis, non lo si colpisce. Inoltre l’effetto di Coriolis si fa sentire anche negli spostamenti in aeroplano:  nel caso di un velivolo che dall’Equatore si diriga verso il Polo Nord volendo mantenere fissa la propria direzione lungo un meridiano deve tener conto che la Terra ruota di un certo angolo, il che lo porterebbe ad atterrare in un punto a est del luogo previsto, se il pilota non modificasse la traiettoria.

La forza di Coriolis riveste grandissima importanza, anche e soprattutto, con i venti e le masse d’aria che si muovono in atmosfera : i cicloni nell’emisfero boreale, tendono tutti a ruotare in senso orario, mentre nell’emisfero australe ruotano in senso antiorario. Rotazione opposta invece presentano i campi di alta pressione. Ma questo sarà argomento della prossima puntata. Andremo ad approfondire proprio cosa sono e come nascono le alte e le basse pressioni andando ad effettuare un ulteriore passo verso la trattazione, poi, della Circolazione Generale dell’Atmosfera. Ci teniamo a specificare due concetti :

1) La forza di coriolis per palesarsi ha bisogno di due componenti fondamentali, ovvero il corpo deve essere in movimento, e deve farlo in un certo modo.

2) Data la sua equazione la forza di coriolis, per agire su una massa d’aria o su un corpo in movimento ha bisogno che il corpo si muova per una distanza abbastanza considerevole, tale da far variare la latitudine, e/o che la sua velocità sia abbastanza grande da essere “percettibile” alle scale geografiche.

Questo lo diciamo per fare un chiarimento…l’acqua nel vostro lavandino non gira in senso orario o antiorario a causa della rotazione della terra. E se vi spostate sull’equatore da un’emisfero all’altro non cambia istantaneamente il senso di rotazione dell’acqua nei lavandini. E’ una bufala, o meglio una credenza. In realtà su scale cosi’ piccole prevale la geometria del lavandino, sulle caratteristiche del moto. Dunque si, per anni vi hanno preso in giro!

Restate connessi su www.meteoindiretta.it