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UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA-HIDROLOGIA-INGENIERIA CIVIL

EFECTO CORIOLIS 1. HISTORIA En 1835, Gaspard-Gustave de Coriolis, en su artículo Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps,1 describió matemáticamente la fuerza que terminó llevando su nombre. En ese artículo, la fuerza de Coriolis aparece como una componente suplementaria a la fuerza centrífuga experimentada por un cuerpo en movimiento relativo a un referencial en rotación, como puede producirse, por ejemplo, en los engranajes de una máquina. El razonamiento de Coriolis se basaba sobre un análisis del trabajo y de la energía potencial y cinética en los sistemas en rotación. Ahora, la demostración más utilizada para enseñar la fuerza de Coriolis utiliza las herramientas de la cinemática.

Esta fuerza no comenzó a aparecer en la literatura meteorológica y oceanográfica hasta finales del siglo XIX. El término fuerza de Coriolis apareció a principios del siglo XX.

2.

CONCEPTO

El efecto o fuerza Coriolis es uno de los fenómenos más interesantes que ocurren en la Tierra. En realidad, es una fuerza a la que se sujetan los fluidos del planeta que están en desplazamiento. Fue descrita por primera vez en 1835 por Gaspard-Gustave de Coriolis, un matemático e ingeniero mecánico de origen francés que estudió la transferencia de energía en los sistemas de rotación. El término “fuerza Coriolis” comenzó a ser mencionado en el siglo XX, conforme se comprendía la circulación de los vientos en el planeta. ¿Y qué es el efecto Coriolis? Es la fuerza invisible por la que la trayectoria del aire u objetos en movimiento se modifica debido a la rotación de la Tierra, así que las masas de aire se desvían en direcciones predecibles. Para entender esto, toma un ejemplo clásico: imagina que te subes a una esfera giratoria de un parque y otra persona se coloca enfrente de ti. Si tú le aventaras una pelota directamente mientras la esfera gira, el efecto Coriolis ocasionará que el objeto se desvíe y no aterrice en sus manos, sino a un costado. A pesar de que no es un término muy utilizado fuera del ámbito científico, tiene un papel muy importante en la dirección de los vientos, pero no en su velocidad. Sin embargo, a medida que aumenta la velocidad de un objeto, la fuerza de Coriolis también aumenta.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA-HIDROLOGIA-INGENIERIA CIVIL Se determina por la masa y la velocidad de rotación del objeto y afecta cualquier objeto que se mueve libre y rápidamente, como los aviones y los cohetes, e incluso ejerce influencia sobre las corrientes oceánicas.

2.1.

CAUSAS

La causa directa de esta fuerza es la rotación terrestre. La Tierra es más ancha en el ecuador que en los polos, como es fácil apreciar, y además, gira sobre su mismo eje de oeste a este. Mientras más lejos está un objeto del ecuador, más lento es el movimiento puesto que la Tierra gira más rápido en la línea ecuatorial, por lo que la desviación es mayor en los polos y nula en el ecuador. Estas son las dos causas principales por las que existe la fuerza Coriolis: el movimiento hacia el este y la velocidad en función de la latitud, que causa que las partes de la Tierra se muevan a velocidades distintas. Ahora bien, cuando la Tierra gira sobre sí misma, la fuerza actúa en dirección nortesur, por lo que en el hemisferio norte los vientos se desvían hacia la derecha y en el hemisferio sur hacia la izquierda, sin importar si son permanentes, locales o de corta duración.

3. FORMULACION Para demostrar la expresión analítica expresada en la introducción, pueden usarse dos aproximaciones diferentes: por conservación del momento angular o por derivación en base móvil. A continuación se explican ambas.

3.1.DEMOSTRACIÓN POR CONSERVACIÓN DEL MOMENTO ANGULAR Es preciso recordar que cuando un observador en un sistema no inercial (como lo es un sistema en rotación) trata de comprender el comportamiento de su sistema como si fuese un sistema inercial ve aparecer fuerzas ficticias. En el caso de un sistema en rotación, el observador ve que todos los objetos que no están sujetos se alejan de manera radial como si actuase sobre ellos una fuerza proporcional a sus masas y a la distancia a una cierta recta (el eje de rotación). Esa es la fuerza centrífuga que hay que compensar con la fuerza centrípeta para sujetar los objetos. Por supuesto, para un observador externo, situado en un sistema inercial (sistema fijo), la única fuerza que existe es la fuerza centrípeta, cuando los objetos están sujetos. Si no lo están, los objetos tomarán la tangente y se alejarán del eje de rotación.

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Si los objetos no están inmóviles con respecto al observador del sistema en rotación, otra fuerza ficticia aparece: la fuerza de Coriolis. Visto desde el sistema en rotación, el movimiento de un objeto se puede descomponer en una componente paralela al eje de rotación, otra componente radial (situada sobre una línea que pasa por el eje de rotación y perpendicular a éste), y una tercera componente tangencial (tangente a un círculo centrado en el eje y perpendicular a éste) (ver gráfica).

Un objeto que se desplaza paralelamente al eje de rotación, visto de un sistema fijo, gira con el sistema en rotación a la misma velocidad angular y con radio constante. La única fuerza que actúa sobre el objeto es la fuerza centrípeta. El observador del sistema en rotación sólo nota la fuerza centrífuga contra la cual hay que oponerse para que se quede a la misma distancia del eje.

Cuando se reduce el radio de rotación de un cuerpo sin aplicar un torque, el momento angular se conserva y la velocidad tangencial aumenta. En cambio,

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si se obliga al cuerpo a conservar la misma velocidad angular, la velocidad tangencial disminuye. El esquema está visto desde un sistema fijo (inercial). Supóngase que un observador en el sistema en rotación mantiene una masa

El signo menos indica que cuando el radio aumenta la velocidad tangencial disminuye.