lunes, 14 de mayo de 2012

¿Efecto Coriolis?

¿Demostración del efecto Coriolis o no?


En el Museo Intiñan, de Ecuador, se lleva a cabo un conocido experimento para comprobar el efecto Coriolis a cada lado de la línea del ecuador. A continuación veremos por qué es un mito el hecho de que el agua del lavabo gire en un sentido o en otro en cada hemisferio.


La creencia popular dice que el efecto Coriolis es responsable del sentido de rotación del agua en los desagües de lavabos. Según se afirma, el agua en los desagües gira en sentido horario en el hemisferio sur, mientras que en hemisferio norte debe hacerlo en sentido contrario a las agujas del reloj. Parece tener algo de lógica, ya que la Tierra es un sistema de referencia giratorio. Además, el efecto Coriolis se hace evidente en la las desviaciones que sufren las  trayectorias de las masas de aire y agua que se desplazan de un polo a otro. El efecto Coriolis desvía las corrientes en las cuencas marinas hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, de la misma manera que sucede con la circulación de los vientos. ¿Por qué no podría afectar también a los lavabos? 

En el Museo Intiñan de Ecuador, se realiza la particular experiencia que veremos a continuación. Previo a la demostración, el personal del museo explica a los visitantes de qué se trata el efecto de Coriolis, cómo afecta a las grandes masas de aire o agua del planeta y cómo se manifiesta en ciclones, huracanes, tornados y tifones. Luego, el guía aclara a los visitantes que la siguiente experiencia es sólo de carácter didáctico, recalcando que el efecto Coriolis sólo se hace apreciable a kilómetros de distancia del Ecuador, con grande masas de aire o agua, pero que su influencia es despreciable sobre el agua de un lavabo. A continuación, el experimento:

Experimento en el Museo Intiñan de la Mitad del Mundo, en Ecuador, 
en el cual se ilustra el efecto Coriolis sobre la línea del ecuador. 

En el vídeo, el guía realiza la demostración del efecto de Coriolis sobre un lavabo a uno y otro lado de la línea del ecuador. En la primera parte, el guía muestra que están parados sobre el paralelo 0º, correspondiente al Ecuador terrestre. Entonces, destapa un lavabo ubicado exactamente sobre la línea del ecuador y muestra cómo el agua fluye por el desagüe sin hacer remolinos. Luego, se mueve unos metros al sur del ecuador, colocando el mismo lavabo en el hemisferio sur y al quitar el tapón se observa una rotación en sentido horario. Por si algún turista todavía no  ha quedado convencido del poder de la fuerza de Coriolis, toma el lavabo y cruza la línea del ecuador hacia el hemisferio norte. Allí, repite el experimento y se puede apreciar que esta vez el agua sale por el orificio rotando en sentido contrario a las agujas del reloj, dejando sorprendidos a todos los turistas.

Esta experiencia parece contradecir todo lo antes dicho. Si dijimos que el efecto Coriolis no afecta al agua del desagüe, ¿por qué en el vídeo el agua sale del lavabo rotando en un sentido en el hemisferio norte y en otro sentido en el sur?

Antes de analizar qué pasa en el vídeo, recordemos qué es el efecto de Coriolis:
El efecto Coriolis es la desviación de los objetos en movimiento cuando se observan en un sistema de referencia giratorio. Si el marco de referencia rota en sentido de las agujas del reloj, la deflexión es hacia la izquierda del movimiento del objeto, y si rota en sentido antihorario, la deflexión es hacia la derecha. El siguiente vídeo es bastante elocuente mostrando el efecto:

Para un observador externo, el camino de la bola parece recto, mientras que para
un observador en el marco de referencia rotatorio, la bola se desvía hacia un lado. 

En este vídeo, el carrusel rota en sentido horario (visto desde arriba). Desde la perspectiva del lanzador que rota junto con el carrusel, la desviación de la bola es hacia la izquierda, pero para un observador fuera del carrusel la bola sigue un camino recto. Se suele decir (y con razón) que la fuerza de Coriolis es una fuerza ficticia, porque es una fuerza que se tiene que "inventar" el lanzador para explicar la desviación observada en su sistema de referencia giratorio. Aún así, dentro de ese marco de referencia giratorio produce exactamente los mismos efectos que una fuerza real: una aceleración. Sin embargo, no hay que perder de vista que la fuerza de Coriolis es una consecuencia de la inercia, y no es atribuible a otro cuerpo o interacción.

Ahora, analicemos el vídeo grabado cerca de la línea del Ecuador y veamos por qué el agua gira en un sentido o en otro en cada hemisferio:

Sobre la línea del ecuador, el lavabo había sido llenado con
 anterioridad, permitiendo que el agua quede en 
reposo por unos minutos.
1- Cuando hace la demostración sobre la línea del ecuador, el labavo había sido llenado previamente, lo cual es muy conveniente para dejar reposar el agua unos minutos y procurar así régimen estacionario. De esta manera, cuando luego retire lentamente el tapón evitando agitar el líquido, va a obtener el resultado esperado,  que el agua fluya sin producir vórtice alguno.







Al verter el agua desde la izquierda, induce un remolino 
que rota  hacia la derecha.
2- Luego se corre unos metros hacia el sur, junto con el lavabo que quedó vacío en la demostración anterior. Ya en el hemisferio sur, llena el lavabo con agua, donde se aprecia claramente que vierte el agua con un balde desde la izquierda, induciendo un giro del agua se sentido horario dentro del lavabo. A pesar de que tenía el tapón puesto y el líquido parece estar quieto, se produce un remolino en el recipiente que no se logra apreciar muy bien, pero las hojas verdes que hay flotando, indican un lento movimiento en sentido horario aún con el tapón puesto. Sólo es cuestión de retirar el tapón para que se forme un vórtice que gira en sentido horario a la salida del desagüe.

Al volcar el agua desde la derecha, 
se produce el vórtice en sentido anti horario 
3- Por último, se mueve hacia el hemisferio norte y repite la operatoria. Esta vez, vierte el agua desde la derecha (visto desde la perspectiva del guía turístico), produciendo un giro en sentido contrario a las agujas del reloj. Tenía el tapón puesto, pero aunque parece que el agua está en reposo, el chorro de agua vertido induce una corriente en el líquido que fluye en sentido antihorario. Las hojas que hay flotando, indican un ligero movimiento en sentido contrario a las agujas del reloj. Nuevamente, al retirar el tapón logra su cometido: que el remolino del desagüe gire en sentido anti horario.

En conclusión, descarga el balde de agua desde el lado en el que quiere impulsar el sentido de giro. Nada de efecto de Coriolis aquí. Como vemos, el truco está en imponer un ligero y casi imperceptible movimiento de rotación, convenientemente aplicado en la dirección deseada. 

Pero... si el efecto Coriolis existe, ¿por qué el agua de un lavabo no puede girar en un sentido y en el otro en cada hemisferio? Este truco del lavabo y el efecto Coriolis es en realidad una leyenda urbana. Es un error común pensar que el efecto de Coriolis determina la dirección de la rotación de los vórtices que se crean al destapar el desagüe de un lavabo. En realidad, prácticamente no tiene incidencia alguna en el sentido en que giran los remolinos de un lavabo, ya que la fuerza de Coriolis es demasiado pequeña o despreciable en un ejemplo así. 

La aceleración de Coriolis en términos vectoriales es:


Si el cuerpo se mueve sobre la superficie de la Tierra, se puede describir con la expresión:



donde: es la velocidad del cuerpo y ω es la velocidad angular del sistema en rotación (la Tierra) θ es el la latitud (la componente radial de la velocidad a la cual el cuerpo se acerca o se aleja del eje de rotación terrestre depende de la latitud).

Sobre los polos, el vector velocidad v es perpendicular a ω por lo que el vector aceleración a está dirigido hacia dentro de la pantalla. La fórmula anterior se reduce a:   a = 2 ω vEn el ecuador, los vectores vω también son perpendiculares entre sí, pero la aceleración es radial hacia el centro de la Tierra, por lo que no produce desviación horizontal sobre la superficie.

La velocidad angular de rotación de la Tierra se puede calcular fácilmente sabiendo que hace una vuelta completa sobre su eje en 1 día, es decir, gira 360º en 24 horas, o lo que es lo mismo 2π radianes en 86400 segundos:


Si, por simplicidad, consideramos que el agua se aproxima al centro del desagüe del lavabo con una velocidad de 1 m/s, y que además, estamos en la latitud de Buenos Aires, o sea θ=34º. La aceleración de que produciría la fuerza de Coriolis  allí es:

En el peor de los casos, el valor máximo de la aceleración de Coriolis se daría en los polos y es:

En donde se ve que la aceleración de Coriolis es del orden de  70.000 veces menor que la de la gravedad cuanto mucho.  Peor aún, en el vídeo, apenas se mueven unos pocos metros del ecuador, por lo que la latitud sigue siendo prácticamente 0º y la componente horizontal de la aceleración de Coriolis es despreciable. 

El efecto obtenido mediante el cálculo de la acción de la fuerza de Coriolis en un sistema ideal es de varios órdenes de magnitud más bajos que en muchas otras contribuciones. En realidad predominan otros factores como la geometría del lavabo, el tamaño de la salida de agua o un ligero desnivel, vórtices provocados durante el lavado, etc. 

No sólo eso, sino que además se puede hacer la prueba en un mismo lavabo y comprobar que el agua a veces gira en un sentido y a veces en otro, debido a los factores antes mencionados, echando por tierra este mito.





9 comentarios:

  1. lo sabía
    igual está bueno

    ResponderEliminar
  2. Gracias por dar un poco de conocimiento en un mundo dónde la gente escrbe lo primero que le pasa por la cabeza...

    ResponderEliminar
  3. Yo estuve en la mitad del mundo vi esto pero el guia me explico que es un ejemplo didactico y que es imposible verlo en esta distancia es un ejemplo para poder entender los fenomenos como huracanes tornados ciclones y tifones...

    ResponderEliminar
  4. El efecto coriolis afecta al movimiento de TODOS los fluidos libres es decir AGUA y AIRE, en el ecuador el efecto coriolis no ejerce su efecto, la única manera, es que el movimiento de este fluido sea rápido y se podrá ver un leve curvamiento de su recorrido.

    pero, en cuanto más nos acercamos a los polos, su curva es mayor. No es un mito urbano, es una realidad. El experimento del video lo deben hacer con el agua en su totalidad quieta, para evitar que el ser humano interfiera en la dirección del agua. De todas formas, el efecto de la curva se ve a medida que el fluido aumente su velocidad. Por eso mismo, ciclones en el Norte giran al contrario que del Sur, lo mismo para los Anticiclones. Con las corrientes marinas pasa lo mismo.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Sobre la línea del Ecuador la fuerza de Coriolis es cero y en los polos es máxima como dices. Si observas el cálculo del final, verás que la aceleración debido a la fuerza de Coriolis es del orden de unas 70.000 veces menor que la aceleración de la gravedad (considerando la velocidad del fluido en 1m/s). Por ello, podemos concluir que este efecto casi no influye en una masa de agua tan pequeña como la que hay en un lavabo.

      Eliminar
    2. No afectará a una masa de agua tan pequeña, pero si que afecta en sentido de giro de una borrasca.

      Eliminar
  5. Gracias. Lo utilizaré en mis clases.

    Juanfran López (Benicarló).

    ResponderEliminar
  6. Estimado ante todo reciba un cordial saludo.
    Agradecemos el tiempo que se ha tomado para escribir un artículo como este para hablar de la “falsedad” de la demostración acerca de la teoría de Coriolis en la Mitad del Mundo.
    Estamos de acuerdo con usted en casi todo, con excepción de un punto muy importante, y creo que ya lo resaltó un turista que comentó en su prestigioso blog, el día 27 de Mayo de 2013.

    En ninguno de los recorridos por el museo, ni siquiera por equivocación nuestros gruías podrían hablar de este EJEMPLO DIDÁCTICO, como un efecto que realmente se produce en la Línea 0. En todo momento se recalca, que el efecto real se produce, pero a kilómetros de distancia, con grande masas de aire o agua.
    Cuando hablamos de EJEMPLOS DIDÁCTICOS, nos referimos a que estos tienen fines educativos o explicativos. Pero en ningún caso intentan ENGAÑAR o TIMAR a los turistas.

    Previo a la prueba del lavabo, nuestros guías comentan a los visitantes, el por qué en el norte se producen tornados y ciclones, y en el sur tifones. Creo que también estará de acuerdo con nosotros que ambos corresponden al mismo tipo de fenómenos pero giran en sentidos contrarios, comprobando la teoría de Coriolis.
    En resumen, y pidiendo disculpas por extendernos.
    Agradecemos que existan personas como usted, que nos demuestren su sabiduría a través de las redes. Pero omitir el hecho de que lo que hacemos acá, aparte de resaltar la cultura de nuestros ancestros equinocciales, son ejemplos didácticos, podría darnos pie a pensar que es una omisión por descuido, o a conveniencia. Preferimos pensar que fue sólo un detalle que se le escapó y que sabrá reconocer que de parte de nuestro museo no hay, BAJO NINGÚN PUNTO DE VISTA, afán alguno de inducir a error, o entregar información falsa.

    Reciba un cordial saludo nuevamente, y queda cordialmente invitado a nuestro museo.

    Horacio Loyola-Escobar
    Depto. de Comunicaciones
    Museo Intiñan
    horacio@museointinan.com.ec

    ResponderEliminar