La fuerza de Coriolis

Hola a todos:
Hoy dedicaré la entrada a algo que apareció en otro artículo: la fuerza de Coriolis. Ya mencioné que su efecto es pequeñísimo, y que el mito del sentido de los remolinos era, en la práctica, falso.
Sin embargo, hoy lo veremos más en detalle, y nos daremos cuenta de diversas aplicaciones en las que sí tiene importancia.
¿Qué es la fuerza de Coriolis? En primer lugar, aclaremos que NO es una fuerza, sino algo que aparenta serlo al disponerlo matemáticamente de una forma conveniente (exactamente lo mismo pasa con la fuerza centrífuga que, como muchos sabéis, es una fuerza que no existe).

Todos hemos sentido, en un coche, al tomar una curva, un impulso hacia el lado externo de la misma. ¿Cómo puede haber fuerzas que parecen estar ahí, pero que en realidad no son tales? La respuesta son los sistemas de referencia no inerciales.
Trataré de explicarlo de forma sencilla. Un sistema de referencia inercial es aquel que se mueve con velocidad constante frente a otro. Es el célebre caso de un tren sin aceleración frente a las vías. En este tipo de sistemas, las leyes de Newton (concernientes a las fuerzas) son válidas y tienen la misma forma, ya que a pesar de que la posición de un cuerpo que se mueve en uno y en otro, así como su velocidad, cambia, no lo hace la aceleración. Aclaremos esto un poco más.

Imaginemos que nos encontramos en el interior de un vagón en movimiento, y lanzamos una pelota hacia arriba. Desde nuestro punto de vista, la pelota ha subido y bajado en línea recta. Sin embargo, un observador situado fuera del tren ve como la pelota sigue una trayectoria parabólica. Ambos estarán de acuerdo en que la aceleración a la que está sometida es la gravedad, es decir g=9.8 m/s2, pero no conseguirán entenderse cuando hablen de la trayectoria que ha seguido la pelota, ni de su velocidad.


Esto es sencillo, pero la cosa se complica cuando el sistema de referencia tiene aceleración, es decir, es un sistema de referencia no inercial. Entonces, no podemos decir que se cumplen las leyes de Newton, aunque sí podremos ordenar nuestros resultados de forma que "parezca" que éstas se cumplen, por lo que aparecerán "fuerzas" extra que antes no estaban.
Si nos centramos en la Tierra, ésta gira con una velocidad angular w (omega, constante) sobre su eje, lo que supone una aceleración normal (hacia el centro de la Tierra). Por lo tanto, nos encontramos en el caso de un sistema no inercial, y aparecerán fuerzas aparentes como la centrífuga (que nos expulsará hacia fuera del planeta), la de arrastre, y la de Coriolis.
Las dos primeras no nos interesan, y en muchos casos son despreciables, por lo que nos centraremos en la última: la fuerza de Coriolis. Las expresiones matemáticas no suelen gustar demasiado, pero sí mencionaré que se reduce básicamente a unos cuantos producto vectoriales con los que deducir hacia donde sufrirán esta fuerza los cuerpos. Despreciaremos el movimiento hacia fuera de la Tierra (por ejemplo, un cohete que escapa de la Tierra).
Si un objeto en movimiento en el hemisferio Norte (no sujeto a la Tierra, claro está) se mueve hacia el norte, sufrirá una fuerza hacia el Este . El resto de resultados es, aplicando esos productos vectoriales:

Hemisferio Norte:

Velocidad: Norte | Sur | Este | Oeste
F. Coriolis: Este | Oeste | Sur | Norte

Hemisferio Sur:

Velocidad: Norte | Sur | Este | Oeste
F. Coriolis: Oeste | Este | Norte | Sur

Hasta ahora todo bien, pero, ¿para qué sirve todo esto si su efecto es tan pequeño? En realidad, era pequeño a la escala que considerábamos en el anterior artículo, esto es, una taza de váter. Sin embargo, sí que afecta a las nubes y al viento, y es el causante de que se formen borrascas y anticiclones (aparte de los gradientes de presión y el rozamiento) de la forma en que lo hacen. Si alguna vez os habéis fijado en los mapas meteorológicos, podréis ver esa desviación del viento, siempre hacia la derecha de su movimiento en el hemisferio norte, y a la izquierda en el sur. De todas formas, dejaré el llamado modelo de viento geostrófico y otras explicaciones para otra entrada.

Otra aplicación interesante es la aparición de la llamada gravedad efectiva. Es decir, en realidad, los cuerpos de la superficie terrestre no son atraídos en la dirección que apunta justo al centro de la Tierra. Esto sólo sucede en el Ecuador, y en el resto del mundo la gravedad está desviada un poco. Aunque parezca mentira, los edificios se construyen siguiendo esta dirección, y no la que indica al centro del planeta. Para haceros una idea de la magnitud del efecto de la fuerza de Coriolis, si tenemos un edificio de 100 metros, su dirección de construcción (que coincide con la de la gravedad efectiva) estará desviado unos 17 centímetros respecto a la recta que marca la dirección al centro de la Tierra. La siguiente imagen es un esquema ilustrativo.



Por último, cabe mencionar una curiosa anécdota. En 1914, en una batalla naval librada entre ingleses y alemanes junto a las islas Malvinas (al sur de Argentina), el señor Coriolis entró en juego. El ejército británico, como el alemán, sabía que tenía que introducir una correción a sus disparos, ya que estos se desviaban cuando los blancos estaban alejados. Sin embargo, todas estas pruebas de corrección fueron realizadas en el hemisferio norte, y ni se imaginaban que algo podría cambiar al cruzar el ecuador. Durante la batalla, los ingleses se dieron cuenta de que sus torpedos fallaban por una distancia el doble de la desviación que habían corregido.
No tuvieron en cuenta que la fuerza de Coriolis actúa en dirección contraria en el hemisferio sur, y fallaron multitud de disparos.

Espero que no hayáis sufrido con la longitud del artículo, hasta la próxima, ¡un saludo a todos!