fuerza Coriolis

En física , la fuerza de Coriolis es una fuerza inercial o ficticia [1] que actúa sobre objetos que están en movimiento dentro de un marco de referencia que gira con respecto a un marco inercial . En un marco de referencia con rotación en el sentido de las agujas del reloj , la fuerza actúa a la izquierda del movimiento del objeto. En uno con rotación en sentido antihorario (o antihorario), la fuerza actúa hacia la derecha. La desviación de un objeto debido a la fuerza de Coriolis se denomina efecto Coriolis . Aunque reconocida previamente por otros, la expresión matemática de la fuerza de Coriolis apareció en un artículo de 1835 del científico francés.Gaspard-Gustave de Coriolis , en relación con la teoría de las ruedas hidráulicas . [2] A principios del siglo XX, el término fuerza de Coriolis comenzó a usarse en relación con la meteorología .

Las leyes del movimiento de Newton describen el movimiento de un objeto en un marco de referencia inercial (no acelerado) . Cuando las leyes de Newton se transforman en un marco de referencia giratorio, aparecen las aceleraciones de Coriolis y centrífugas . Cuando se aplica a objetos masivos, las fuerzas respectivas son proporcionales a las masasde ellos. La fuerza de Coriolis es proporcional a la velocidad de rotación y la fuerza centrífuga es proporcional al cuadrado de la velocidad de rotación. La fuerza de Coriolis actúa en una dirección perpendicular al eje de rotación y a la velocidad del cuerpo en el marco giratorio y es proporcional a la velocidad del objeto en el marco giratorio (más precisamente, a la componente de su velocidad que es perpendicular al eje de rotación). La fuerza centrífuga actúa hacia el exterior en dirección radial y es proporcional a la distancia del cuerpo al eje del bastidor giratorio. Estas fuerzas adicionales se denominan fuerzas inerciales, fuerzas ficticias o pseudo fuerzas . [3]Teniendo en cuenta la rotación mediante la adición de estas fuerzas ficticias, las leyes del movimiento de Newton se pueden aplicar a un sistema rotatorio como si fuera un sistema inercial. Son factores de corrección que no se requieren en un sistema no giratorio. [4]

En el uso popular (no técnico) del término "efecto Coriolis", el marco de referencia giratorio implícito es casi siempre la Tierra.. Debido a que la Tierra gira, los observadores terrestres deben tener en cuenta la fuerza de Coriolis para analizar correctamente el movimiento de los objetos. La Tierra completa una rotación para cada ciclo de día / noche, por lo que para los movimientos de los objetos cotidianos, la fuerza de Coriolis suele ser bastante pequeña en comparación con otras fuerzas; sus efectos generalmente se vuelven perceptibles solo para movimientos que ocurren a grandes distancias y largos períodos de tiempo, como el movimiento a gran escala de aire en la atmósfera o agua en el océano; o donde la alta precisión es importante, como la artillería de largo alcance o las trayectorias de misiles. Tales movimientos están restringidos por la superficie de la Tierra, por lo que solo el componente horizontal de la fuerza de Coriolis es generalmente importante. Esta fuerza hace que los objetos en movimiento en la superficie de la Tierra se desvíen hacia la derecha (con respecto a la dirección de viaje) en elHemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur . El efecto de deflexión horizontal es mayor cerca de los polos , ya que la tasa de rotación efectiva alrededor de un eje vertical local es mayor allí y disminuye a cero en el ecuador . [5] En lugar de fluir directamente de áreas de alta presión a baja presión, como lo harían en un sistema no giratorio, los vientos y las corrientes tienden a fluir a la derecha de esta dirección al norte del ecuador (en sentido antihorario) y a la izquierda de esta dirección al sur de ella (en el sentido de las agujas del reloj). Este efecto es responsable de la rotación y, por tanto, de la formación de ciclones (ver Efectos de Coriolis en meteorología ).

En el marco de referencia inercial (parte superior de la imagen), la bola negra se mueve en línea recta. Sin embargo, el observador (punto rojo) que se encuentra en el marco de referencia giratorio / no inercial (parte inferior de la imagen) ve que el objeto sigue una trayectoria curva debido a las fuerzas de Coriolis y centrífugas presentes en este marco.
Imagen de Cursus seu Mundus Mathematicus (1674) de CFM Dechales, que muestra cómo una bala de cañón debe desviarse hacia la derecha de su objetivo en una Tierra en rotación, porque el movimiento hacia la derecha de la bola es más rápido que el de la torre.
Imagen de Cursus seu Mundus Mathematicus (1674) de CFM Dechales, que muestra cómo debe caer una bola desde una torre en una Tierra en rotación. El balón se libera de F . La parte superior de la torre se mueve más rápido que su base, por lo que mientras la bola cae, la base de la torre se mueve hacia I , pero la bola, que tiene la velocidad hacia el este de la parte superior de la torre, sobrepasa la base de la torre y aterriza más hacia el este. en L .
Un carrusel gira en sentido antihorario. Panel izquierdo : un lanzador lanza una pelota a las 12:00 en punto y viaja en línea recta hacia el centro del carrusel. Mientras viaja, el lanzador gira en dirección contraria a las agujas del reloj. Panel derecho : El movimiento de la pelota visto por el lanzador, que ahora permanece a las 12:00 horas, porque no hay rotación desde su punto de vista.
Vista de pájaro del carrusel. El carrusel gira en el sentido de las agujas del reloj. Se ilustran dos puntos de vista: el de la cámara en el centro de rotación que gira con el carrusel (panel izquierdo) y el del observador inercial (estacionario) (panel derecho). Ambos observadores coinciden en un momento dado en qué tan lejos está la pelota del centro del carrusel, pero no en su orientación. Los intervalos de tiempo son 1/10 del tiempo desde el lanzamiento hasta el rebote.
Sistema de coordenadas en latitud φ con eje x este, eje y norte y eje z hacia arriba (es decir, radialmente hacia afuera desde el centro de la esfera)
Este sistema de baja presión sobre Islandia gira en sentido antihorario debido al equilibrio entre la fuerza de Coriolis y la fuerza del gradiente de presión.
Representación esquemática del flujo alrededor de un área de baja presión en el hemisferio norte. El número de Rossby es bajo, por lo que la fuerza centrífuga es prácticamente insignificante. La fuerza del gradiente de presión está representada por flechas azules, la aceleración de Coriolis (siempre perpendicular a la velocidad) por flechas rojas
Representación esquemática de círculos inerciales de masas de aire en ausencia de otras fuerzas, calculada para una velocidad del viento de aproximadamente 50 a 70 m / s (110 a 160 mph).
Las formaciones de nubes en una famosa imagen de la Tierra del Apolo 17, hacen que una circulación similar sea directamente visible
Gráfico de la fuerza experimentada por un objeto de 10 kilogramos (22 libras) en función de su velocidad que se mueve a lo largo del ecuador de la Tierra (medida dentro del marco giratorio). (La fuerza positiva en el gráfico se dirige hacia arriba. La velocidad positiva se dirige hacia el este y la velocidad negativa se dirige hacia el oeste).
Trayectoria, trayectoria terrestre y deriva de un proyectil típico. Los ejes no están a escala.
Fluido que asume una forma parabólica a medida que gira.
Objeto que se mueve sin fricción sobre la superficie de un plato parabólico muy poco profundo. El objeto ha sido liberado de tal manera que sigue una trayectoria elíptica.
Izquierda : el punto de vista inercial.
Derecha : El punto de vista de la co-rotación.
Las fuerzas en juego en el caso de una superficie curva.
Rojo : gravedad
Verde : la fuerza normal
Azul : la fuerza centrípeta resultante neta .