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Sea muy, muy cuidadoso con lo que pone
en esa cabeza, porque nunca, jamás,
podrá volver a sacarlo de allí.


Thomas Cardinal Wolsey (1471-1530)
   Mala Fuerza Coriolis FAQ
Haga click sobre el símbolo para su explicación.


Preámbulo
Estas Preguntas Frecuentes (FAQ) están escritas por Alistair B. Fraser. Son en respuesta a preguntas hechas durante los años por los lectores de Mala Meteorología Si usted ha llegado a esta página sin haber leído las anteriores o las de Mala Ciencia, entonces lo que sigue no tendrá mucho sentido para usted.

Aunque las preguntas presentadas aquí son con frecuencia las realizadas por alguna persona específica, cada una ha sido elegida para caracterizar a un grupo de preguntas similares que fueron hechas sobre el tópico.
Temas discutidos más abajo (que surgen de la página Mala Fuerza Coriolis)

Usted lo tiene al revés.
¿Por qué siquiera gira?
No es la fuerza Coriolis, sino el efecto Coriolis
La fuerza Coriolis es ficticia, porque no puede hacer el trabajo
El maestro estaba en lo cierto
Sobre disparar misiles
Escala Temporal versus Escala Espacial
Cosas locas atribuidas a Coriolis


Preguntas que surgen del Mal Efecto Coriolis:

Usted lo tiene al revés
Pregunta:
Recientemente encontré su página "Mal Fuerza Coriolis", que he leído con gran interés. Me parece que contiene un importante error, siendo el que la fuerza Coriolis hace que el agua gire en sentido horario en el hemisferio norte, y en sentido anti-horario en el sur (su página web afirma lo contrario) Esto se encuentra en cualquier libro de texto de las universidades.

Respuesta:

Es correcto que la fuerza Coriolis hace que un objeto en movimiento experimente una fuerza hacia la derecha en su curso en el hemisferio norte, y hacia la izquierda en el hemisferio sur. Lo que no es correcto es que esto produzca necesariamente una rotación en sentido horario. La dirección de la rotación (si es que hay alguna) depende de la fuerza neta, no de una única fuerza.

Uno debe distinguir entre la dirección de la desviación causada por la fuerza Coriolis (operando por su cuenta) y la dirección de rotación (cuando hay otras fuerzas presentes). Ambas direcciones de rotación son evidentes en ambos hemisferios, dependiendo de si el flujo es alrededor de un área de alta presión (la fuerza del gradiente de la presión apunta radialmente hacia afuera), o alrededor de un centro de baja presión (la fuerza del gradiente de la presión apunta radialmente hacia el interior). En un flujo geofísico, como el de la atmósfera o los océanos, siempre hay otras fuerzas operando (tales como la fuerza del gradiente de la presión) porque de otra manera, cómo habría comenzado a moverse el material?

La ilustración de la derecha muestra una situación baja presión para el hemisferio norte. La fuerza Coriolis (Cf) apujnta realmente hacia la derecha del flujo. Pero es ligeramente desbalanceada por la fuerza del gradiente de la presión (pgf) que apunta hacia el interior del bajo (el desequilibrio es lo que hace que el fluido se mueva a lo largo de una senda curva).

Una buena manera de convencerse usted misma de este comportamiento es observar la dirección de la rotación de los bucles de tormetas mostrada por los radares y los satélites. Es muy fácil ver la rotación anti-horaria alrededor de las áreas de baja presión en las tormentas del hemisferio norte.

¿Por qué siquiera gira?
Pregunta:
Sitio excelente!! Sólo una pregunta. El efecto Coriolis (o no efecto). Puedo entender que la dirección del giro es dictada por efectos locales (forma del recipiente, etc). Pero, por qué el agua siquiera gira?

Respuesta:
Si hay algún movimiento del agua (digamos por el llenado o por el lavado), y el recipiente tiene paredes (que es inherente a la palabra recipiente), entonces debe existir un movimiento de rotación. Después de todo, a medida que una parte del líquido se mueve hacia una pared, será desviada y girarará. Es este movimiento rotatorio el que es acentuado cuando el agua converge en dirección al resumidero. La ilustración popular de esto es la del patinador que gira más rápido a medida de que sus brazos extendidos son retraídos contra el cuerpo; la explicación científica involucra una discusión de la conservación del momento angular.

No es la fuerza Coriolis, sino el efecto Coriolis.
Pregunta:
¿Fuerza Coriolis force? ¿No quiere usted decir "efecto" Coriolis?

Respuesta:
No, no quiero decir efecto Coriolis. Mientras que uno puede usar la palabra, efecto, en casi cualquier contexto para algo que sucede, yo me estoy refiriendo a la "fuerza" Coriolis. La convención moderna (de casi un siglo de existencia) es que no hay sistemas de coordenadas preferidos, y una vez que uno adopta un sistema de coordenadas, uno obtiene un conjunto de valores junto con ello. Cuando se cambia de sistema de coordenadas, algunas fuerzas se desvanecen, y otras aparecen. En un sistema inercial de coordenadas no existe la fuerza Coriolis. En un sistema rotatorio de coordenadas, sí lo hay.

No, en un sistema rotatorio de coordenadas, hay una fuerza Coriolis que es tan real como cualquier otra fuerza en él que causa que una masa se acelere. (¿Cuándo fue la última vez que usted vio a la Ley de Newton decir que un efecto hace que una masa se acelere?)

La fuerza Coriolis es ficticia, porque no puede funcionar.
Pregunta:
A mí se me enseñó que la fuerza Coriolis no era una fuerza real, sino una ficticia. La prueba de esto se encuentra en la imposibilidad de que la fuerza Coriolis realice algún trabajo.

Respuesta:
Es verdad que la fuerza Coriolis no hace ningún trabajo. Aún así, la habilidad de una fuerza de hacer un trabajo no es un prerequisito para una fuerza. Si se descalificase a la fuerza Coriolis por su incapacidad de realizar un trabajo, se llevaría consigo al olvido a una multitud de otras fuerzas. Por ejemplo, una partícula cargada, tal como un electrón, moviéndose en un campo magnético estático, no sufre ningún trabajo sobre él a pesar de que experimenta la fuerza magnética. Por ello, un reclamo para la incapacidad de la naturaleza ficticia de la fuerza Coriolis basado en su incapacidad de hacer un trabajo, es un argumento ex post facto (uno tendiente a apoyar una posición a la que se llegó por diferentes razones).

El maestro estaba en lo cierto
Pregunta
En la clase de hoy, el maestro nos dijo que la fuerza Coriolis opera independientemente de la dirección en la que un objeto está viajando. Sin embargo, yo he visto una demostración de la fuerza Coriolis en donde alguien traza una línea radialmente a través del plato de un tocadiscos que gira lentamente. Eso funciona únicamente cuando la línea se traza en dirección hacia, o a partir del centro. Para mí, esto implica que la fuerza Coriolis trabaja únicamente para objetos que viajan en una dirección norte-sur (o por lo menos, para ese componente del movimiento). ¿Cómo puedo convencer a mi maestro de que él está equivocado acerca de que la fuerza Coriolis es independiente del derrotero en la brújula del objeto en movimiento?

(Sí, realmente recibí esta pregunta de un estudiante).

Respuesta:
No puedo ayudarle a convencer a su maestro, porque él está en lo cierto. Pero quizás puedo ayudarle a comprender por qué estaba acertado.

La dificultad conceptual surge de la demostración que usted presenció. Usualmente toma la forma de una línea (lápiz o tiza) trazada radialmente sobre un tocadisco que gira lentamente. Aún cuando el recorrido del lápiz es una línea recta, el trazo dejado sobre el tocadiscos es curvo. Entonces, en el marco inercial de la clase, el recorrido del lápiz era recto, mientras que en el marco rotatorio del tocadiscos el trazo es curvo. No hay nada malo en la demostración como está, sin embargo es fácil sacar la conclusión errada de ella cuando uno trata de generalizar el resultado, como usted hizo.

La dificultad surge del hecho que es fácil trazar la línea radialmente, pero es muy difícil hacer coincidir las velocidades del tocadiscos y el lápiz lo bastante bien cuando se hace a mano, para trazar una línea similar de manera tangencial. El resultado de este problema puramente logístico que involucra la coordinación ojo-mano, es cuando algo está viajando en una dirección norte-sur (radialmente sobre la Tierra). Incidentalmene, las dificultades conceptuales aquí son similares a las experimentadas por el maestro en la discusión, más abajo, acerca del disparo de un misl en dirección norte o sur.

Hay una cantidad de maneras de lograr la comprensión sobre por qué la magnitud de la fuerza Coriolis es independiente de la dirección en la que el objeto está viajando. Puedo pensar (por lo menos) tres (no mutuamente excluyentes) enfrentamientos al tema.

1) Si usted alcanza el punto en que puede traspasar y comprender las matemáticas que describen a la fuerza, se hace claro que la dirección del movimiento del objeto es irrelevante; en realidad, ni siquiera entra en las ecuaciones.

2) El segundo enfrentamiento del tema se basa en la demostración del tocadiscos, pero aplica un poco de pensamiento abstracto para mostrar que el resultado es en realidad mucho más general de lo que parece ser a primera vista. Primero, uno reconoce una equivalencia entre estar parado en cualquier lugar de una plataforma giratoria (tal como la Tierra o el tocadiscos) y estar parado en el centro de la rotación. Si usted está parado a alguna distancia del centro, usted podría considerarse como rotando alrededor de ese centro distante. Pero su movimiento es equivalente al de una traslación y una rotación alrededor del punto en el que está parado. Con ello en mente, es claro que no importa dónde esté, usted está en el centro de su propia rotación. De manera que, cualquier movimiento que usted haga sobre la superficie, es uno donde usted está viajando radialmente con respecto a su propio centro de rotación. Pero viajar radialmente sobre una plataforma giratoria era justo lo que la demostración del tocadisco manejaba bien. El truco, entonces, es imaginar que, no importa en cual dirección viaja usted (digamos en la Tierra) usted está viajando radialmente desde el centro de su propia rotación (el concomitante componente de traslación de la Tierra o el tocadiscos es irrelevante) y como tal, es aplicable su experiencia con lo que sucede con la línea trazada en el tocadiscos de la demostración.

3) El segundo enfrentamiento (arriba) es mejor para los estudianes que pueden hacer abstracciones y aplicarlas que para aquellos que no lo pueden hacer. Por ello, he desarrollado una visualización en Java de la fuerza Coriolis (y fueza centrífuga) que corrre bien en la web (bueno, yo hice el código de la versión original, pero mi hijo hizo el "rendering" en Java para mí de modo que pudiera funcionar en la web). Me permite hacer click en cualquier parte y hacer que un objeto comience a moverse (puntos verdes) sobre una superficie giratoria. Lo mismo que el tocadiscos con la línea trazada por el lápiz o la tiza, esta deja un rastro de pisadas (círculos rojos) que revela la ruta del tocadiscos. Pero, al contrario que el plato del todadiscos físico usado normalmente en las demostraciones en clase, yo puedo hacer click en cualquier lado y observar el comportamiento. De manera consecuente, el estudiante puede ver la manera en que el rastro se mueve tangencialmente (a lo largo de la línea de las latitudes). Además, como está disponible en la web, el estudiante puede jugar con él para tener una sensación intuitiva del comportamiento. Mejor todavía, hay controles que le permiten mostrar el comportamiento en ambos hemisferios, y hasta agregar o eliminar varias fuerzas. Esto puede estar muy bien, pero si usted intenta hacer click en la ilustración (gif) de la derecha, y descubrió que no va a ningún lado, podrá llegar a la conclusión de que es irrelevante si yo puedo usar una computadora en la clase (y los estudiantes fuera de ella), si usted no tiene acceso a ella. Bien, deme tiempo; pronto la haré disponible a otros, pero me he quedado sin tiempo esta mañana. (Suspiro...)

En la práctica, yo uso los tres enfrentamientos para ayudar a que mis estudiantes tengan una sensación intuitiva de por qué la fuerza Coriolis en un objeto es independiente de la dirección en la que el objeto se desplaza.

Disparando misiles
Pregunta:
Como maestro de ciencias en la escuela secundaria enseño el concepto de la fuerza Coriolis usando un misil lanzado hacia el norte y aterrizando al este de su blanco, y luego la salva del enemigo lanzada hacia el sur y aterrizando al oeste del blanco pretendido - explicando el yerro como el resultado de diferentes componentes en dirección este del movimiento (debido a la rotación de la Tierra) a diferentes latitudes. ¿Estoy pisando terreno sólido?

Respuesta:
Si usted está pisando terreno sólido o no, depende de la manera en que maneje el tema. ¿Cree el estudiante que usted le está explicando por qué existe una fuerza Coriolis, o meramente dándole un ejemplo de él. Hay una diferencia.

Como ejemplo, su ilustración no es mala, pero es lo suficientemente restrictiva como para confundir al estudiante y llevarlo a creer algunas cosas que no son ciertas. Por ejemplo, el estudiante probablemente será impulsado a creer, como resultado de la ilustración, que:
1) La fuerza Coriolis sólo opera sobre objetos viajando en una dirección sur-norte (de hecho, he visto páginas web que ofrecen esta falsa aseveración), y
2) Realmente son las diferencias en latitudes en el componente hacia el este lo que causa el comportamiento (mientras que, en verdad, no lo hace).

Pero ninguna de estas dos cosas son ciertas. (Un gato puede ser ejemplo de un animal, pero no significa que, para ser animal, es necesario ser un gato).

En verdad, la magnitud de la fuerza Coriolis es independiente de la dirección en la que algo se mueve. Si usted presenta al ejemplo como si se tratase de una explicación de la fuerza Coriolis, entonces usted está atascado por su incapacidad para manejar el comportamiento del misil cuando va, de manera similar, fuera de curso después de haber sido lanzado en dirección este u oeste.

Pero hay mares pedagógicos que navegar aquí, aún si usted es muy cuidadoso al decirles a sus estudiantes que usted no estaba explicando a la fuerza Coriolis sino simplemente dando un ejemplo de su comportamiento en una situación altamente restrictiva: es poco probable que le crean, o por lo menos, no entiendan la distinción que usted está haciendo. Ellos tomarán a su descripción de la pata del elefante y supondrán que toda la bestia es topográficamente equivalente a un tronco de árbol. Por supuesto, a los estudiantes se les puede perdonar por no entender la diferencia entre un ejemplo y una demostración, porque hay muchos maestros que tampoco comprenden la distinción (Suspiro...)


Escala temporal versus escala espacial
Pregunta:
Yo uso la deferencia en tamaño entre los huracanes y los lavabos para explicar a los estudiantes por qué la fuerza Coriolis afecta a los primeros y no a los segundos. Por ello, noto que hay una diferencia mucho más grande en el subyacente componente hacia el este de la velocidad de la Tierra a medida de que uno va del lado norte de un huracán a su lado sur, que el que hay si uno va del lado nore de un lavabo al lado sur del mismo. Sin embargo, en su página, usted insiste en que la diferencia en el comportamiento es el resultado de la diferencia en tiempo, no en espacio. ¿Estoy equivocado?

Respuesta:
Las explicaciones son cosas graciosas. Realmente, ¿qué quiere decir usted al sugerir que la diferencia en comportamiento es el resultado de la diferencia en la (subyacente) velocidad? Comencemos por ignorar el hecho de que usted pensó (incorrectamente) que el asunto era el componente hacia el este de la velocidad, y simplemente explore la diferencia entre estas situaciones: la gran escala con una gran diferencia en velocidad, y la pequeña escala con una pequeña diferencia en velocidad. La implicación es que, si uno fuese a igualar las diferencias de velocidad en las dos escalas, entonces la fuerza Coriolis, o quizás el desplazamiento, súbitamente sería el mismo en cada caso. Sin embargo, no sería así (a menos que otras cosas también fuesen manipuladas).

La respuesta tradicional a lo que usted ha sugerido es que usted ha confundido dos cosas, una escala temporal y una escala espacial. Como es presentada normalmente, la fuerza Coriolis (siendo una fuerza) produce un resultado (tal como un desplazamiento) en el tiempo. La escala espacial (cuán lejos se llega a través de algo, o cuán lejos viaja un objeto) no aparece en las ecuaciones. Hay mucho para alabar en este enfrentamiento. En este contexto, no es la escala espacial la que produce el efecto (para una fuerza dada), sino cuánto dura el evento. Un lavabo se vacía muy rápido (no hay mucho tiempo para que una pequeña fuerza produzca un gran desplazamiento); un misil o el aire de un huracán toma mucho más tiempo para atravesar su territorio (y un tiempo más largo para que la fuerza produzca un desplazamiento significativo):

Por supuesto, cualquier expresión puede ser convertida en cualquier variable relacionada, de manera es legítimo (aunque no convencional) expresar al desplazamiento lateral que resulta de la fuerza Coriolis como una función del cambio de velocidad del (implícito) sistema de referencia (tal como la variaicón latitudinal en la velocidad tangencial de la superficie de la Tierra). Pero cuando se pone la expresión en términos de la diferencia de velocidad a lo largo de la región, saltan otras variables y uno descubre que tal enfrentamiento lo lleva a uno más lejos de un simple entendimiento sobre qué es lo que está pasando, más que acercarlo.

Entonces, yo recomiendo que en sus clases no use usted el argumento sobre la variación de la latitud de la velocidad tangencial de la Tierra. La primera razón es que no puede tomar cuenta (intuitivamente) de la fuerza Coriolis cuando un objeto viaja a través de una línea de latitud (ver "disparando un kisli", más arriba). La segunda razón es que confunde a los estudiantes y los lleva a creer que realmente es la diferencia de la velocidad a lo largo de la región lo que es responsable de la diferencia en comportamiento entre los huracanes y los lavabos.

Cosas locas atribuidas a la fuerza Coriolis
Ideas extrañas que los lectores informan, sobre que ellos aparentemente han visto, y seriamente atribuidas a la rotación de la Tierra (Lo increíble es más apetecible para los crédulos).

La dirección de rotación que surge del movimiento de bamboleo de las mazas (conocidas comercialmente en varios países como "martillos de chapistas"). El interesante movimiento de vaivén de las mazas, en realidad, es debido a su forma.

En el film de 1945, Aventura, el personaje de Clark Gable hace notar que los rulos de una mujer se retuercen en una dirección en el hemisferio norte, y en la dirección opuesta en el hemisferio sur!

Los ganchillos en espiral con que las viñas se cuelgan de sus apoyos, se afirma (incorrectamente) que se retuercen en un sentido en el hemisferio norte y al revés en el sur.

La dirección en la que los perros giran sobre sí mismos antes de echarse, se afirma que depende de los hemisferios en el que viven!


  


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