Forze apparenti

In questa sezione esamineremo le forze apparenti nei sistemi di riferimento rotanti: forze che appaiono soltanto nei sistemi di riferimento non inerziali. Le forze che descriveremo sono la forza centrifuga e la forza di Coriolis.

Forza centrifuga

forza-centrifugaNC

Consideriamo per esempio un moto rotatorio uniforme come una piattaforma circolare in rotazione. Un osservatore sulla piattaforma avverte una forza che lo spinge verso l’esterno e per rimanere fermo deve sfruttare la forza d’attrito statico del pavimento. Tuttavia nel sistema di riferimento rotante l’uomo è fermo e questo implica che la somma delle forze che agiscono su di lui è nulla: deve comparire perciò un’altra forza, la forza centrifuga che abbia la stessa intensità della forza centripeta (in questo caso la forza d’attrito) ma direzione opposta. Perciò avremo che:

\displaystyle {{F}_{cf}}=\frac{mv_{{}}^{2}}{R}=m\omega _{{}}^{2}R

Invece, per un osservatore a terra, la forza che agisce sull’osservatore sulla piattaforma rotante è solamente la forza d’attrito statico ed è questa forza che causa il cambiamento di traiettoria dell’uomo sulla piattaforma. Questo accade anche quando un’auto percorre un avvallamento o un dosso: il passeggero si sente più pesante (negli avvallamenti) o più leggero (nei dossi) a causa della forza centrifuga.

 

Forza di Coriolis

 

La forza di Coriolis è un’altra forza apparente che ha le seguenti proprietà:
-agisce sugli oggetti in moto rispetto al sistema rotante.
-è perpendicolare alla velocità dell’oggetto e all’asse di rotazione.
coriolis-a
coriolis-b
Un oggetto libero, che rispetto a un sistema di riferimento inerziale si muova di moto rettilineo uniforme, viene percepito da un osservatore in un moto di riferimento non inerziale come se l’oggetto si spostasse lungo una traiettoria curvilinea, a causa della forza di Coriolis.
In particolare, la forza di Coriolis devia l’oggetto verso destra se il sistema di riferimento ruota in senso antiorario, verso sinistra se il sistema di riferimento ruota in senso orario.
f-coriolis1
f-coriolis2
La forza di Coriolis è responsabile di molti fenomeni che avvengono sul nostro pianeta, che non è un sistema di riferimento totalmente inerziale: la sua non inerzialità è dovuta alle piccole ma presenti accelerazioni centripete dovute al moto di rotazione e di rivoluzione. Per esempio un oggetto che si muove verso il Polo Nord, come un aereo, è deviato verso est quando si trova nell’emisfero boreale, verso ovest quando si trova nell’emisfero australe.
Per la stessa ragione possiamo osservare che i gorghi e i cicloni girano in sensi opposti in base all’emisfero: nell’emisfero boreale (quindi a nord dell’equatore) osserviamo che i cicloni girano in senso orario (possiamo notare questo fenomeno nella Fig.1 dove si mostra un ciclone islandese).
ciclone-1
Nell’emisfero australe (a sud dell’equatore) invece i cicloni girano in senso antiorario (come possiamo osservare nella Fig.2 dove è raffigurato un ciclone brasiliano).
 ciclone-2