Definición de Fuerza/Efecto Coriolis

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

La Fuerza de Coriolis, a veces también llamada Efecto Coriolis, es una fuerza de inercia que aparece cuando un objeto se mueve dentro de un sistema de referencia que está en rotación. Cuando ocurre esto el cuerpo en movimiento ve modificada su trayectoria debido al efecto experimentado por la rotación del sistema de referencia en el que se encuentra. Este efecto es mayormente observado dentro de nuestro mismo planeta y da lugar a otros fenómenos.

Quizá hayas escuchado que el agua de los retretes gira en sentidos distintos dependiendo de en que hemisferio de la Tierra nos encontremos. Aunque este sea un buen ejemplo para ilustrar el Efecto Coriolis la verdad es que no es apreciable a estas escalas y velocidades. La Fuerza de Coriolis es fundamental para entender la formación de huracanes, las trayectorias que siguen los aviones y las corrientes que se generan en los océanos.

Fórmulas y principios de la fuerza de Coriolis

La Fuerza de Coriolis lleva su nombre en honor al matemático francés Gaspard – Gustave Coriolis quien en 1835 describió esta fuerza de inercia que aparece como una componente extra de la fuerza centrífuga y que es resultado de la velocidad que posee un cuerpo que se mueve en un marco de referencia que se encuentra en rotación. La forma que tiene la Fuerza de Coriolis es:

\(\vec{F_c}=-2m\left(\vec{\omega}\times\vec{v}\right)\)

Donde \(\vec{F_c}\) es el vector correspondiente a la Fuerza de Coriolis, m es la masa del objeto en movimiento, \(\vec{\omega}\) es la velocidad angular del cuerpo en rotación medida desde un sistema de referencia externo, \(\vec{v}\) es la velocidad del objeto que se mueve con respecto a este y el símbolo \times representa el producto vectorial entre estas dos magnitudes vectoriales.

Observando la ecuación anterior podemos deducir varios aspectos relacionadas con la Fuerza de Coriolis. Primero, el producto vectorial \(\vec{\omega}\times\vec{v}\) nos da como resultado un vector que es perpendicular a ambos vectores. Por ejemplo, si la velocidad angular \(\vec{\omega}\) se encontrara en el eje z y la velocidad \(\vec{v}\) estuviera enteramente sobre el eje y, entonces el producto vectorial entre ambas magnitudes nos daría un vector que reposa sobre el eje x.

No obstante, observemos que en la expresión para la Fuerza de Coriolis tenemos un signo negativo que antecede al producto vectorial, esto nos indica que la dirección del vector que se obtiene del producto vectorial se va a invertir. Retomando el ejemplo anterior, el producto vectorial entre ambas velocidades estaría sobre el eje x pero en dirección opuesta.

También es importante aclarar algo. La velocidad angular de la Tierra es un vector cuya dirección se encuentra sobre el eje de rotación de esta. La magnitud de la velocidad angular terrestre la podemos calcular fácilmente utilizando la siguiente expresión:

\(\omega=\frac{2\pi}{T}\)

Donde \omega es la magnitud de la velocidad angular y T es el periodo de rotación. El periodo de rotación de la Tierra es el tiempo que tarda en completar una rotación sobre su eje, es decir que \(T=24\ hrs.\ =86400\ s\). Con esto podemos calcular que la velocidad angular de la Tierra tiene una magnitud de:

\(\omega\approx7.27\times{10}^{-5}\ rad/s\)

Esta velocidad angular es demasiado pequeña, por lo tanto, para que la Fuerza de Coriolis sobre un objeto tenga un valor significativo, la magnitud de la velocidad a la que se mueve tiene que ser muy grande. Por poner un ejemplo, un objeto con una masa \(m=0.015\ kg\) que se mueve a una velocidad de magnitud \(v=700\ m/s\) cuya dirección es perpendicular al eje de rotación de la Tierra, experimentará una Fuerza de Coriolis con una magnitud de \(F_c\approx1.53\times{10}^{-3}\ N\).

Finalmente, debemos considerar que, dependiendo en qué hemisferio de la Tierra se sitúe, nuestro marco de referencia, la dirección de su velocidad angular será contraria. Así, a pesar de que la velocidad angular terrestre tiene la misma magnitud en ambos hemisferios, en el hemisferio sur su dirección es opuesta a la que tiene en el hemisferio norte. Esta es la razón por la que la dirección de la Fuerza de Coriolis también es opuesta en ambos hemisferios.

Los fenómenos que ocurren en nuestro planeta que ponen en mayor evidencia la acción de la Fuerza de Coriolis son los ciclones y huracanes. Primero, la velocidad a la que se mueven los vientos en estos fenómenos son las suficientes para que el Efecto Coriolis sea significativo. También podemos darnos cuenta como la rotación de los huracanes es opuesta en ambos hemisferios. Esto también como resultado de la Fuerza de Coriolis.

La Fuerza de Coriolis también tiene un impacto significativo en la dirección que tienen las corrientes marinas en ambos hemisferios. En la aeronáutica es de vital importancia tomar en cuenta el efecto de la Fuerza de Coriolis para poder planear trayectorias que compensen o se beneficien de este efecto.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Art. actualizado: Enero 2024; sobre el original de marzo, 2017.

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