1. ACELERACIÓN DE CORIOLIS
Una de las raras ocasiones en la cual una persona puede sentir la fuerza de Coriolis es cuando trata de caminar
siguiendo una trayectoria radial en un tiovivo (o carrusel). Cuando la persona se aleja del eje de rotación,
sentirá una fuerza que la empuja en el sentido contrario a la rotación: es la fuerza de Coriolis.
Cuando una persona se aleja o se acerca del eje de rotación a una velocidad de 1 m/s en un tiovivo que gira a
10 vueltas por minuto, la aceleración de Coriolis es:
Se trata, por consiguiente,de una aceleración lateral 46 veces más pequeña que la gravedad. Para una persona
de 70 kg, eso corresponde a una fuerza lateral igual al peso de 1,5 kg. No es mucho pero, poniendo atención,
puede sentirse.
Aceleración de Coriolis
La fórmula de la aceleración de Coriolis es
aco=-2 v
donde es la velocidad angular de rotación del planeta, y v es la velocidad del cuerpo medida por el
observadorno inercial. El ángulo es la latitud del lugar considerado situado en el hemisferio Norte.
Como podemos apreciar en la figura de más abajo, el vector velocidad angular forma un ángulo igual a la
latitud con la dirección Norte-Sur en el plano local
La aceleración de Coriolis en el hemisferio Norte está dirigida hacia el Este y su módulo es
ay=2 v·sen(90+ )=2 v·cos
A lo largo del eje Z la aceleración es la de la gravedad az=g
2. En el plano local tenemos la composición de dos movimientos
Uniformemente acelerado a lo largo del eje Z
Acelerado (aceleración variable) a lo largo del eje Y
Se ha supuesto que elcuerpo parte del reposo desde la posición z=h, y=0.
La aceleración de Coriolis de un cuerpo que cae es máxima en el ecuador =0º y es nula en los polos =90º.
En el polo coinciden las direcciones de los vectores velocidad angular de rotación y la velocidad v del
cuerpo que cae, el producto vectorial de ambos vectores es por tanto,cero.
Ejemplo:
Si estamos situados en el plano del ecuador =0, y el cuerpo se deja caer desde una altura de 100 m, tenemos
una desviación y=2.2 cm, que no se puede apreciar a simple vista.
Objetos que se desplazan sobre la Tierra
La Tierra gira mucho más lentamente que un carrusel. Su velocidad angular es de radianes por día sideral
(23 h, 56 m, 4,1 s) es decir . La aceleración de Coriolis debido a la rotación de la Tierra es
mucho menor.
Cuando un cuerpo sigue una trayectoria norte-sursobre la Tierra (siguiendo un meridiano), la componente
radial de su velocidad (la velocidad a la cual el cuerpo se acerca o se aleja del eje de rotación terrestre)
depende de la latitud del cuerpo. Es fácil ver que la componente radial es . Cuando el
cuerpo está cerca del ecuador, su distancia respecto al eje de la Tierra no cambia. Si la trayectoria del cuerpo
es este-oeste y sigue un paralelo, su distancia respecto al eje terrestre no varía, pero ya hemos visto que s entirá
una aceleración de Coriolis dirigida hacia el eje de la Tierra que vale . La componente paralela
a la superficie de la Tierra depende de la latitud y es: .
Vemos que en los dos casos,visto desde la Tierra, un cuerpo que se desplaza sobre la superficie de la Tierra
siente una aceleración lateral de valor dirigida hacia la derecha de la velocidad.
Un cuerpo que se desplaza con una velocidad de 1 m/s, sin interacción con el suelo, a una latitud de 45°
encuentra una aceleración lateral de Coriolis igual a:
,
3. lo cual corresponde a una fuerza lateral aproximadamente 100 000 veces menor que su propio peso.Dicho de
otra manera, la trayectoria se desvía hacia la derecha como si el terreno estuviese inclinado hacia la derecha 1
milímetro cada 100 metros.
Si se trata de un avión cuya velocidad es 900 km/h (250 m/s), la aceleración será 250 veces mayor. El efecto
será darle al avión una trayectoria circular de 4850 km de diámetro (a una latitud de 45°):
Por supuesto,elpiloto corregirá esta desviación, pero no parece posible que pueda distinguirla de los efectos
del viento o de los errores de reglaje de la posición neutra de los alerones de dirección y de profundidad.
Aceleración de Coriolis
El segundo término que aparece en la expresion que relaciona las aceleraciones medidas por dos observadores
en movimiento relativo de rotación uniforme es la aceleración de Coriolis.
La aceleración de Coriolis depende de la velocidad angular de la Tierra y, como vamos a ver, produce una
desviación en el movimiento de una partícula que se mueve con velocidad v' con respecto al sistema de
referencia en rotación O’ situado sobre su superficie.
Movimiento de rotación de la Tierra visto desde un observador en reposo (izquierda), un observador en el
hemisferio norte y un observador en el hemisferio sur (derecha).
4. Para los observadores no inerciales O’ el vector ω apunta en sentidos diferentes dependiendo del hemisferio
en que se encuentren.Este hecho va a provocar que el efecto de la aceleración de Coriolis sea diferente en
cada hemisferio.
Vamos a analizar cómo percibe un observadoren cada hemisferio el movimiento de una partícula que tiene
velocidad v'.
Movimiento de una partícula visto desde el hemisferio Norte (izquierda), y desde el hemisferio sur (derecha).
Si la Tierra estuviera en reposo,la partícula se movería en línea recta con velocidad v'. Pero como está
rotando,desde el punto de vista de los observadores terrestres la partícula tiene una aceleración (la de
Coriolis) que desvía la trayectoria hacia la derecha el el hemisferio Norte y hacia la izquierda en el Sur.
Es importante recalcar que no existe un agente externo que produzca esta desviación. Es consecuencia
únicamente del movimiento del observador.
Un efecto de la aceleración de Coriolis es el sentido de giro de los huracanes,distinto en cada hemisferio. Si
la Tierra estuviera en reposo, las masas de aire se dirigirían radialmente hacia el centro de bajas presiones
(líneas punteadas en negro en la parte inferior de la siguiente figura).
Vista de un huracán en ambos hemisferios. En el hemisferio Norte gira en sentido antihorario y en el
5. hemisferio Sur en sentido horario.
Debido a la aceleración de Coriolis, las masas de aire se desvían hacia la derecha en el hemisferio Norte y
hacia la izquierda en el hemisferio Sur, por lo que el sentido de giro de los huracanes es opuesto en cada
hemisferio.
Otro efecto de la aceleración de Coriolis es el giro del plano de oscilación de un péndulo.Este hecho sirvió
para demostrar la rotación terrestre en 1851 por Léon Foucault. Una ilustración del péndulo construido por
Foucault se encuentra en la página de inicio de este curso.