segunda-feira, 6 de outubro de 2014

Os efeitos e as consequências da Força de Coriolis no Planeta Terra

A força de Coriolis é uma pseudoforça que, apesar de não existir realmente, provoca efeitos nos objetos em movimento no nosso planeta. Conheça mais sobre as deflexões que ela provoca.

A força de Coriolis devido ao giro do Planeta Terra.
by Roberto M.
Dando sequência ao artigo “Forças Fictícias ou pseudoforças. A Força de Coriolis é uma força que não existe mas parece existir“, vamos ver agora o que a Força de Coriolis pode provocar, de efeitos, aos olhos dos pobres mortais do nosso planeta.
Já entendemos o que acontece, aos corpos em movimento, em um sistema não inercial em rotação, tanto na visão de um observador externo ao sistema como na visão daquele que está girando junto.

Quem quiser, pode clicar e ler o artigo mas, por enquanto, vamos relembrar que existe uma fórmula física para a força de Coriolis, que é: F=2mvw (onde F é a força, m é a massa do objeto, v é a velocidade linear do objeto e w é a velocidade angular de rotação do sistema).
Ora, sabemos que a Terra gira, logo, fazemos parte de um sistema não inercial em rotação.

Podemos notar que, a Terra tem forma esférica e, todos os pontos do planeta têm a mesma velocidade angular (w), ou seja, completa uma volta por dia. Entretanto, quando se trata da velocidade linear (v), notamos que ela é diferente para pontos que estão em latitudes diferentes.
Um ponto próximo ao Equador gira a milhares de quilômetros por hora, enquanto um ponto próximo a um dos Polos gira, apenas, a dezenas de quilômetros por hora. Apesar de ambos completarem uma volta por dia.

A rotação da Terra vista pelo hemisfério norte e pelo hemisfério sul

Se um objeto está em contato com o solo, a Força de Coriolis não será perceptível para ele pois, ou ele está fixo e daí sua velocidade é a mesma que a do chão ou está se deslocando mas, a velocidade do solo no ponto inicial e no ponto final são muito próximas e é imperceptível qualquer diferença.
Mas, o que acontece se o objeto, que está se movimentando, não estiver firmemente conectado ao solo (por exemplo ar, avião, projétil, etc.)?

MOVIMENTO NA DIREÇÃO NORTE-SUL – Longitudinal

Vamos imaginar o movimento de um objeto apenas na direção norte-sul, ou seja, na mesma longitude, ao longo de um meridiano.
Primeiramente, imaginemos um objeto suspenso (um helicóptero, por exemplo) na linha do Equador.
É fácil verificar que, como ele saiu do solo (que está girando), pela Lei da Inércia, ele mantém sua velocidade inicial (que tinha no solo) para leste (sentido de rotação da Terra).

Em seguida, o helicóptero sairá daquele ponto sobre o Equador e irá se deslocar rumo ao norte. Também é fácil imaginar que, mesmo se movimentando rumo ao norte, ele continuará se deslocando para leste com a mesma velocidade inicial que tinha (nenhuma força na direção leste-oeste foi aplicada nele).

Entretanto, conforme o helicóptero vai se distanciando da linha do Equador, a velocidade do chão debaixo dele passará a ser diferente (nesse caso menor).
Na verdade, quando o helicóptero afasta-se do Equador (rumando somente para o Norte), ele move-se para leste mais rapidamente do que o chão debaixo dele. “Até parece” existir uma força estranha que o obrigou a ir mais rápido, forçando-o para leste.

Se fizermos o mesmo raciocínio, com o helicóptero se aproximando da linha do Equador (por exemplo, indo do sul rumo ao Equador), perceberemos que, agora, o helicóptero se movimentará para leste mais lentamente que o chão debaixo dele. “Até parece” existir uma força estranha que o obrigou a ir mais devagar, forçando-o para oeste.

Na verdade não existe nenhuma força envolvida. O que acontece é que o chão está se movendo numa velocidade diferente da que se movia quando o helicóptero foi lançado. Desse modo, aparece uma deflexão aparente devido ao movimento na direção norte-sul.

Veja um esquema dessa deflexão:

Deflexão Aparente devido à força de Coriolis de objetos em trajetória Norte-Sul

Nesse esquema, podemos ver representado o objeto 1 sendo lançado do Equador rumo ao norte (seta amarela) e o objeto 2 sendo lançado do sul rumo ao Equador (seta verde).

Note que o objeto 1, depois que saiu do Equador, ao atingir a latitude final ao norte, foi mais longe ao leste do que o ponto correspondente do chão. Isso aconteceu porque o objeto manteve a velocidade inicial com que saiu do Equador enquanto o ponto do solo diminuiu sua velocidade.

Do mesmo modo, note que o objeto 2, que saiu do sul, ao atingir o Equador, foi menos longe ao leste do que o ponto correspondente do chão. Isso aconteceu porque o objeto manteve a velocidade inicial com que saiu do sul enquanto o ponto do solo aumentou sua velocidade

MOVIMENTO NA DIREÇÃO LESTE-OESTE – Latitudinal

Agora vamos imaginar o objeto (o mesmo helicóptero, talvez) deslocando-se apenas na direção leste-oeste, ou seja, na mesma latitude, ao longo de um paralelo.
Em um determinado instante, em uma certa latitude, ele ruma para leste (mesmo sentido da rotação da Terra) e vai em frente, reto.

Vamos supor que não haja gravidade.
No instante seguinte, a Terra girou e aquele ponto de onde o objeto saiu já está em outro lugar e o leste para ele já é outro. O objeto por sua vez, seguiu reto “no leste anterior” e a sensação é que o objeto está se distanciando do eixo da Terra.

Variação da direção de um objeto em uma trajetória rumo leste - afasta-se do eixo da Terra


Caso ele rumasse para oeste, em vez de para leste, no instante seguinte a sensação seria de que o objeto está se aproximando do eixo da Terra.

Variação da direção de um objeto em trajetória rumo oeste - aproxima-se do eixo


Mas, a gravidade existe e ela “puxa” os objetos para o centro da Terra. 
Então vamos considerá-la em cada um dos hemisférios.

No hemisfério norte
Na trajetória leste, como vimos, a força de Coriolis “empurra” os objetos para longe do eixo terrestre mas a gravidade os “puxa” de volta para o chão. Como resultado, haverá uma deflexão aparente para o Sul.

Deflexão aparente de um objeto no hemisfério norte em trajetória rumo leste - desvia para o sul.


Na trajetória oeste, a força de Coriolis “aproxima” os objetos do eixo e a gravidade os “puxa” para o chão. O resultado é uma deflexão aparente para o norte.

Deflexão aparente de um objeto no hemisfério norte em trajetória rumo oeste - desvia para o norte


No hemisfério sul
Na trajetória leste, a força de Coriolis “empurra” os objetos para longe do eixo terrestre mas a gravidade os “puxa” de volta para o chão. Como resultado, haverá uma deflexão aparente para o Norte.

Deflexão aparente de um objeto no hemisfério sul em trajetória rumo leste - desvia para o norte


Na trajetória oeste, a força de Coriolis “aproxima” os objetos do eixo e a gravidade os “puxa” para o chão. O resultado é uma deflexão aparente para o Sul.

Deflexão aparente de um objeto no hemisfério sul em trajetória rumo oeste - desvia para o sul


DEFLEXÃO PELO EFEITO CORIOLIS

Como pudemos perceber pelos estudos acima, em um sistema em rotação (como é o caso da Terra) há uma força que afeta o movimento de um corpo de maneira diferente no hemisfério sul e no hemisfério norte.
Devido à forma esférica da Terra, a Força de Coriolis possui um sentido no hemisfério sul e sentido oposto no hemisfério norte, sendo de intensidade nula na linha do Equador.

Resumindo tudo o que vimos acima podemos concluir:

– As coisas que se aproximam dos polos desviam para leste
– As coisas que se afastam dos polos desviam para oeste
– As coisas que rumam para leste desviam para o Equador
– As coisas que rumam para o oeste desviam para os polos

Ou resumindo mais ainda:

Qualquer coisa que se move (ar, avião, projétil) livremente no hemisfério norte se desvia para a direita.
Qualquer coisa que se move livremente no hemisfério sul se desvia para a esquerda.

ONDE A FORÇA DE CORIOLIS É SIGNIFICATIVA

Ao olharmos a equação da força de Coriolis podemos tirar algumas conclusões:
Como a velocidade angular da Terra é muito pequena (360° por dia ou uma volta por dia), a força de Coriolis não é muito significativa para distâncias pequenas.
Quanto maior a velocidade, maior a significância da força de Coriolis.

Donde se conclui que:
Coisas velozes que se movimentam por grandes distâncias poderão ser defletidas significativamente pela força de Coriolis.
Coisas com baixa velocidade e que se movimentam em distâncias pequenas não são defletidas significativamente pela força de Coriolis. Se quiser ver mais detalhes sobre isso, leia o seguinte artigo: “O giro da água da privada, quando damos descarga, é afetado pela força de Coriolis?

EFEITO CORIOLIS NA MOVIMENTAÇÃO DO AR – FORMAÇÃO DOS FURACÕES

É por causa da força de Coriolis que grandes camadas de ar entram em movimento de rotação originando os ciclones; ciclones que giram no sentido anti-horário no hemisfério norte e no sentido horário no hemisfério sul.
As grandes massas de ar, que se deslocam a grandes velocidades, formam enormes círculos em torno de uma região de baixa pressão, o chamado “olho” do furacão.
Em um centro de baixa pressão existe menos ar do que na área ao seu redor. Se existe menos ar, o ar do entorno começará a se mover para o centro de baixa pressão para igualar as pressões.

No hemisfério norte, esse movimento será defletido para a direita. O ar tentará girar para a direita enquanto o centro de baixa pressão o atrai em sua direção, resultando um vórtice de ar girando no sentido anti-horário.

No hemisfério sul, esse movimento é defletido para a esquerda. O ar tentará girar para a esquerda enquanto é atraído para o centro de baixa pressão, resultando um vórtice de ar girando no sentido horário.

EFEITO CORIOLIS EM OUTROS OBJETOS VELOZES

Avião
Na aviação, é muito importante o conhecimento dos efeitos da força de Coriolis.
Os aviões podem atingir velocidades muito grandes e, além disso, trafegam por distâncias enormes.
Se não houver a compensação da força de Coriolis, um avião que viaja por muitas horas, pode ser defletido significativamente de sua rota.

Mísseis e Projéteis
No campo militar, os efeitos da força de Coriolis também são muito significativos.
Os mísseis e os projéteis de artilharia viajam grandes distâncias a grandes velocidades.
Se a força de Coriolis não for levada em consideração, os alvos poderão ser errados enormemente.

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