FORÇA DE CORIOLIS
Contrariando o costume desta seção de evitar fórmulas e equações, começaremos logo mostrando a expressão que descreve a força de Coriolis:
F = 2 m v w
Não desanime. Essa fórmula será apenas para dar o pontapé inicial em nossa explicação da força de Coriolis, que procuraremos mostrar da forma mais gráfica possível. Antes, porém, vamos logo falar de algumas propriedades da força de Coriolis que serão comentadas com detalhes nas páginas seguintes.
A força de Coriolis só age sobre corpos que estão em movimento.
Quem está parado em seu canto não sofre a ação da força de Coriolis. Aquele v na fórmula da força de Coriolis indica a velocidade do objeto. Se v = 0, isto é, se o objeto está em repouso, a força de Coriolis será nula.
A força de Coriolis só age sobre corpos que estão em sistemas girantes.
Nós, por exemplo, estamos em um sistema girante, a Terra, que gira em torno de seu próprio eixo Norte-Sul dando uma volta completa cada 24 horas. Logo, sempre que nos movimentamos somos candidatos a sofrer a ação da força de Coriolis. Aquele w na expressão acima representa a velocidade de rotação do sistema. No caso da Terra, essa velocidade é de uma volta por dia. Se a Terra não estivesse girando, w seria zero e não haveria força de Coriolis agindo sobre os corpos que se movem em sua superfície.
A força de Coriolis não existe realmente.
Essa é de lascar, diz você. Depois de dar algumas propriedades da força de Coriolis e até uma respeitável fórmula matemática, como é que ela não existe?
Bem, ela não existe mas parece existir. Essa força é do tipo que os físicos chamam de "força fictícia", uma "não-força" que parece ser real para quem está sobre sistemas girantes. Vamos tentar esclarecer essa afirmação.
Carrosséis e bolinhas.
O exemplo clássico que é usado para ilustrar o surgimento da tal força de Coriolis envolve um carrosel (que é o sistema girante) e uma bolinha que se desloca sobre o carrossel que gira. Por simplicidade, consideraremos que a superfície do carrossel é bastante lisa e polida de modo que qualquer bolinha pode deslisar sobre ela sem nenhum impedimento. Em termos mais técnicos, o atrito entre a bolinha e a superfície do carrossel é zero.
A animação da esquerda mostra a bolinha saindo do centro e se deslocando em linha reta para a periferia do carrossel. Podemos imaginar que alguém (Eduardo) que está no centro lança a bolinha na direção de outra pessoa (Mônica) que está na borda do carrossel. Enquanto a bolinha segue seu trajeto retilíneo, obedecendo a lei da inércia (já que não há forças sobre ela), Mônica se desloca acompanhando o movimento giratório do carrossel. Desse modo, a bolinha alcança a borda do carrossel em um ponto à esquerda de Mônica.
A animação da direita mostra o mesmo episódio do ponto de vista de Mônica ou Eduardo. Durante todo o processo, ambos permanecem de frente, um para a outra, nariz apontando para nariz. Já a bolinha, segue uma trajetória que encurva para a esquerda de Mônica e a direita de Eduardo. A interpretação de ambos, usando a lei da inércia, é natural: "se a bolinha desviou, seguindo uma trajetória curva, deve haver alguma força agindo sobre ela". Essa força, que é outra manifestação de uma "força fictícia", é chamada de força de Coriolis, em homenagem ao cidadão que primeiro escreveu aquela expressão que vimos adiante.
Um carrossel é um sistema girante e qualquer pessoa (como Eduardo e Mônica que estão sobre ele) sabe quando está em um sistema girante. Basta olhar de lado e ver as pessoas e objetos que estão fora do carrossel. Essa constatação não é tão trivial quando o sistema girante é muito grande, como o planeta Terra onde todos nós vivemos. A gente sabe que a Terra gira porque acreditamos no que disse Copérnico. Mas, antes de Copérnico, todo mundo achava que a Terra estava parada e o Sol, a Lua e as estrelas giravam em torno dela dando uma volta completa cada dia. Vamos ver, na página seguinte, como essas duas interpretações divergentes levam ao surgimento da "força de Coriolis" sobre objetos que se deslocam sobre a Terra.
O efeito Coriolis no planeta Terra.
Agora que você entendeu porque a bolinha "parece" se desviar de sua trajetória retilínea, quando vista por alguém que está em um sistema girante como um carrossel, vamos mostrar como algo semelhante acontece com um objeto que se desloca em um grande sistema girante, o planeta Terra.
Imagine que um satélite artificial é lançado do pólo norte na direção do pólo sul. Se a Terra não girasse, esse satélite seguiria uma órbita sempre acima do mesmo meridiano terrestre. No entanto, a Terra gira de oeste para leste, dando uma volta em torno de si mesma em um dia. A animação da esquerda mostra um satélite indo do pólo norte ao equador em 3 horas. Durante esse tempo, a Terra gira de 45 graus (um oitavo de volta). A interpretação desse fato, para alguém que vê tudo de fora da Terra, é que a órbita do satélite é uma circunferência em um plano fixo porque a única força sobre ele é a gravidade. E, como a força da gravidade sempre aponta para o centro da Terra, não poderia desviar a trajetória do satélite para fora desse plano fixo.
A animação da direita mostra a mesma trajetória vista por alguém que está parado sobre a Terra. Esse outro observador vê o satélite se desviando para o oeste, como se alguma força o empurrasse para o lado. Teimando em dizer que a Terra está fixa, esse seguidor de Ptolomeu afirma que alguma força misteriosa desvia o satélite e, na falta de melhor nome, chama-a de "força de Coriolis".
As grandes massas de ar que se deslocam nesses furacões , às vezes em grandes velocidades, formam enormes círculos em torno de uma região de baixa pressão, o chamado "olho" do furacão. No hemisfério norte esses movimentos são no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. Quando os ventos se deslocam na direção da região de baixa pressão (representada pela área azul da figura) a força de Coriolis faz com eles se desviem para a direita. Comparando com a animação do satélite você pode ver a razão dessa tendência direitista.
No hemisfério sul um furacão deveria girar no sentido horário. Mas, para sorte nossa, por alguma razão meteorológica, quase não existem furacões no nosso hemisfério.
O efeito Coriolis na pia do banheiro.
Infelizmente, meu professor estava errado. Não dá para comprovar os efeitos da força de Coriolis em uma pia, nem se a gente estiver usando uma pia em um dos pólos da Terra. A força de Coriolis, como vimos naquela fórmula do início, depende diretamente da velocidade angular da Terra em torno de seu eixo. Essa velocidade é muito pequena, 1 volta por dia. Fazendo as devidas transformações, isso equivale a cerca de 7 x 10-5 rd/seg. Usando a fórmula para 1 kg de água escoando com velocidade de 1 m/s (bem grande, portanto), a gente acha uma forcinha de apenas 10-4 N (0,0001 N) que é semelhante ao peso de um grão de poeira. Portanto, bastariam alguns grãos de poeira na água para baldear por completo a influência da força de Coriolis.
Se você fizer uma experiência na pia de seu banheiro (faça!) verá que a água pode escoar no sentido horário, no anti-horário, e pode até mudar de sentido durante o escoamento. Qualquer sugeirinha, qualquer vibração, qualquer irregularidade na superfície da pia influenciam muito mais o escoamento da água que a pobre força fictícia de Coriolis.
Mesmo assim, além dos furacões, a força de Coriolis tem efeitos bem visíveis na Terra. Os leitos dos rios costumam ser mais fundos em uma das margens do que na margem oposta. Que margem deve ser mais funda aqui no hemisfério Sul? Até os trilhos dos trens, depois de anos de uso, ficam mais gastos de um lado que do outro. Em vôos internacionais de longa duração, os pilotos têm de compensar o efeito da força de Coriolis para não se desviarem de suas rotas. O mesmo vale para satélites, como vimos nas animações anteriores.
FONTE: http://www.seara.ufc.br/tintim/fisica/coriolis/coriolis4.htm
Nenhum comentário:
Postar um comentário