Fuerza de Coriolis
Keywords: Fuerza de Coriolis, 1835, 1977, Artillería, Astronomía, Ecuación, Espacio, Estrella
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La fuerza de Coriolis o efecto de Coriolis (descrita por el científico francés Gaspard-Gustave Coriolis, en 1835) es la fuerza producida por la rotación de la Tierra en el espacio, que tiende a desviar la trayectoria de los objetos que se desplazan sobre la superficie terrestre; a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda, en el sur.
Esta fuerza no sólo aparece durante la rotación de la Tierra sino, en general, para cualquier objeto con masa que se desplaza a una determinada velocidad sobre otro objeto en rotación.
En el cambio desde un sistema de referencia inercial (por ejemplo uno ligado a las estrellas "fijas") a un sistema de referencia referido al objeto en rotación (por ejemplo La Tierra) aparece un término en la ecuación del movimiento que describe el objeto de la forma
donde la negrita indica cantidades vectoriales, m representa la masa, v es la velocidad y Ω es la velocidad angular del sistema de referencia. Nótese que en esta ecuación se ignora el término de segundo orden en Ω, que en términos geofísicos es pequeño, y en cualquier caso puede ser encuadrado en el término potencial gravitatorio.
La ecuación muestra que la fuerza resultará proporcional a la velocidad del objeto y a la velocidad con que rota el sistema de referencia. La fuerza aparecerá en dirección perpendicular a la velocidad (y, por tanto, no realiza trabajo). Si un objeto se desplaza sobre la superficie de La Tierra en el hemisferio Norte, la fuerza de Coriolis desplazará el objeto a la derecha, mientras que en el hemisferio Sur sucederá exactamente lo contrario, y en el ecuador la componente horizontal de la fuerza es cero para movimientos horizontales. Así, el efecto Coriolis divide la circulación atmosférica de los trópicos a las regiones polares en una serie de celdas en los que los vientos superficiales predominan en dirección hacia el Este o hacia el Oeste.
La fuerza de Coriolis desempeña un importante papel en las pautas meteorológicas, afectando a los vientos predominantes y a la formación de tormentas, y también a las corrientes oceánicas. Por encima del límite de la atmósfera, la fricción desempeña un papel relativamente menor, dado que las masas de aire se mueven esencialmente en direcciones paralelas. En dicha región, existe un cierto equilibrio entre las fuerzas debidas al gradiente de presión y la fuerza de Coriolis, que da lugar a los denominados vientos geostróficos, vientos gobernados exclusivamente por dichas dos fuerzas que afectan a las isobaras (a las líneas de nivel geopotencial constante, para ser precisos). Como consecuencia, los sistemas de bajas presiones rotan en sentido contrario a las agujas del reloj en el hemisferio norte, mientras que en dicho hemisferio los sistemas de altas presiones y los ciclones en el hemisferio Sur rotan en el sentido de las agujas del reloj, como establecen las leyes de Buys-Ballot.
El efecto Coriolis debe ser considerado además en astronomía y en dinámica estelar, donde afecta a fenómenos tales como el sentido de la rotación de las manchas solares. Las trayectorias de aviones, proyectiles de artillería y misiles deben considerar el efecto Coriolis o correr el riesgo de cometer errores significativos.
Aunque la fuerza de Coriolis es relativamente pequeña y no tiene una influencia observable en sistemas pequeños tales como el remolino que se forma en el desagüe de la bañera, el efecto Coriolis puede tener un efecto visible para grandes periodos de tiempo y se ha observado desgastes desiguales en vías de ferrocarril atribuibles a esta fuerza.
Una aplicación práctica de la fuerza de Coriolis es el caudalímetro másico, un instrumento que mide el caudal másico de un fluido que circula a través de una tubería. Este instrumento fue introducido en 1977 por Micro Motion Inc. Los caudalímetros normales miden caudal volumétrico, el cual es proporcional la caudal másico solo cuando la densidad del fluido es constante. Si el fluido tiene una variación de densidad o contiene burbujas entonces el caudal volumétrico multiplicado por la densidad no es exactamente igual al caudal másico. El caudalímetro másico de Coriolis funciona aplicando una fuerza de vibración a un tubo curvado a través del que pasa el fluido. El efecto Coriolis crea una fuerza en el tubo perpendicular a ambas direcciones, la de vibración y la dirección de la corriente. Esta fuerza se mide para obtener el caudal másico. Los caudalímetros de Coriolis pueden usarse además con fluidos no newtonianos, donde los caudalímetros normales tienden a dar resultados erróneos. El mismo instrumento puede ser usado para medir la densidad del fluido. Este instrumento tiene una novedad adicional que consiste en que el fluido está en un tubo liso, sin partes móviles, que no necesita limpieza ni mantenimiento y que podría impedir la corriente.
¿Es ficticia la fuerza de Coriolis?
Es común ver descrita la fuerza de Coriolis como parece como si una fuerza estuviera actuando sobre el objeto, pero realmente no hay ninguna fuerza real actuando sobre el objeto. Esto apunta hacia una pregunta ¿Qué es una fuerza real?. Desde el punto de vista de la Teoría General de la Relatividad, todos los sistemas de coordenadas son equivalentes para describir los procesos físicos, pero cuando se cambia de un sistema de coordenadas a otro puede parecer como si apareciesen algunas fuerzas. Por ejemplo, sobre la superficie terrestre es posible quitar (localmente) la fuerza de la gravedad cambiando a un sistema de coordenadas acelerado hacia el centro de la Tierra. Pero nadie puede llamar ficticia a la fuerza de la gravedad.
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