É verdade que a água do ralo escoa em sentidos opostos no Hemisfério Sul e no Hemisfério Norte?



É um mito!

 

Essa pergunta é um dos grandes mitos da ciência. Uma daquelas ‘verdades’ que tornaram-se ‘verdades’ pois foram ditas muitas vezes. Esse mito foi explorado até no desenho Os Simpsons, quando o Bart liga para a Austrália e pergunta para um garotinho o sentido de rotação da água de seu vaso sanitário.

Bart fazendo o ‘experimento’

O mito diz o seguinte:

– no Hemisfério Sul, a água que escoa pelo ralo gira no sentido horário;

– no Hemisfério Norte, a água que escoa pelo ralo gira no sentido anti-horário;

E ainda, de acordo com o mito, essa diferença no sentido de rotação da água que escoa no ralo deve-se a Força de Coriolis. É claro que vou explicar para vocês o que é essa tal Força de Coriolis, mas antes eu quero que vocês façam o seguinte experimento.

– Tampe o ralo da pia e do banheiro e a encha com água;

– Tire o ralo para a água a descer.

– Agora, com as mãos, force a água a girar no sentido contrário.

Faça a experiência! Você vai notar que consegue fazer a água do ralo descer no sentido contrário. Na verdade, vocês conseguirão fazer a água da pia girar no sentido que você quiser. O sentido de rotação da água que escoa pelo ralo independe do Hemisfério onde o experimento foi realizado. Depende de fatores de escala espacial muito menor: modelo da pia, pequenas irregularidades na pia, sujeira grudada na pia, sujeira na água etc.

Agora sim vou explicar o que é a tal força de Coriolis. Para explicar o que é essa força misteriosa, vou primeiro apresentar sua fórmula geral:

F = 2 m v w

– m é a massa do corpo;

– v é a velocidade do corpo;

– w é a velocidade angular do corpo;

Baseando-me nesta fórmula, vou falar três fatos sobre esta força:

1) A força de Coriolis é uma força aparente. Isso significa que ela é perceptível apenas quando o objeto encontra-se em movimento com relação ao seu referencial. Por exemplo: a força de Coriolis atua em todos os corpos em movimento na Terra. Observe a fórmula: se v=0, F será necessariamente F=0.

2) A força de Coriolis só está presente sobre corpos que estão em sistemas girantes. A velocidade angular w é uma característica de sistemas girantes. Veja a fórmula: se w=0, F=o. Nós estamos em um sistema giranta, que é o planeta Terra. A Terra gira em torno de seu eixo e dá uma volta completa em aproximadamente 24h. Esse é o movimento de rotação. Então, no caso do planeta terra, w=1 volta/dia. Se a Terra não estivesse girando (se ela fosse plana, como dizem alguns pseudocientistas), não haveria força de Coriolis agindo sobre nenhum corpo presente sobre a Terra.

3) A força de Coriolis não é uma força de verdade. É uma força aparente, como eu já disse anteriormente. Isso significa que ela parece existir. Tenho certeza que muitos aqui já experimentaram duas situações interessantes:

a) Você está em um carro em movimento (com cinto de segurança, por favor, hein) e uma freada brusca ocorre. Você tem a sensação de que está sendo jogado para frente. E ninguém tem empurrou. O que aconteceu?

b) Sua mãe (ou você, olá professoras!) colocou roupa para centrifugar. Durante o processo de centrifugação, a roupa é jogada para as laterais da máquina de lavar, deixando o centro da máquina livre. Existe alguma força puxando as roupas para as laterais da máquina de lavar?

A força de Coriolis, a força do exemplo a) e a força do exemplo b) são todas forças aparentes. Elas só existem porque os corpos que sofrem esta força estão em referenciais em movimento. O planeta terra, o carro e a máquina de lavar são 3 exemplos de referenciais em movimento, nos casos apresentados. Mas então o que faz essas forças existirem? A explicação vem da Lei da Inécia, a 1°  lei de Newton, que pode ser genericamente enunciada da seguinte forma:

“Um corpo só permanece em movimento se estiver atuando sobre ele uma força”

Sendo assim, no caso a), por exemplo, se o passageiro do carro não estiver usando o cinto de segurança, só interromperá seu movimento quando atingir um obstáculo. No caso, esse obstáculo pode ser o para-brisa do carro. E é assim que ocorrem muitos dos acidentes fatais.

Ok, vocês já sabem que a força de Coriolis não é uma força de verdade. Mas qual sua manifestação? O que ela faz? A força de Coriolis deflete objetos em movimento dentro de um sistema girante. Vou explicar: vamos supor que você e seu amigo estejam eu um carrossel. Você está no centro e seu amigo está na borda do carrossel. Então, você joga uma bolinha para seu amigo. Para vocês dois (que estão no carrossel) o movimento da bolinha será este:

Mas, para qualquer pessoa do lado de fora do carrossel (vamos imaginar que seus pais estão do lado de fora, vendo a cena), o movimento será este:

Ou seja, para quem está do lado de fora do carrossel, a bolinha’girou’ junto com o carrossel! Então, para o observador localizado fora do carrossel, a bolinha sofreu uma ‘força’ que fez com que a bolinha defletisse para a esquerda, seguindo o movimento do carrossel (que na ilustração, gira em sentido anti-horário). E essa é a manifestação da Força de Coriolis. Provavelmente, o exemplo do carrossel é o mais comum. Para saber mais, recomendo esse ótimo material da Universidade Federal do Ceará.

Agora que sabemos que a força de Coriolis é uma força aparente e também sabemos como ela se manifesta em um carrossel, vamos entender como ela se manifesta em nosso querido planeta Terra. E talvez até agora vocês estejam se perguntando: o que a força de Coriolis tem a ver com Meteorologia, Samantha??? E é nesse momento que vou sanar essa dúvida.

Uma das consequências mais  interessantes da força de Coriolis em nosso planeta é o movimento dos furacões.  Os furacões deslocam-se em impressionantes velocidades  que pode facilmente superar os 100km/h (veja os casos recentes dos tufões Saloa e Damrey)  Seu diâmetro aproximado pode variar de 100km até 700km (valores aproximados). Sempre tenho muito cuidado ao falar de valores de velocidades e de valores de diâmetros de furacões porque eles variam bastante dentro de uma faixa.

As massas de ar e nebulosidade que se deslocam nesses furacões formam enormes círculos em torno de uma região de mais baixa pressão chamada “olho” do furacão.  No hemisfério norte esses movimentos são no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. E no hemisfério sul os movimentos são no sentido dos ponteiros do relógio (sentido horário). A Terra gira em torno de seu eixo de Oeste para Leste (de acordo com as convenções que nós mesmos criamos). Veja na figura abaixo, o círculo logo acima do pólo Norte indicando o movimento de rotação da Terra.

 

O círculo com seta, logo acima do pólo Norte, indica o movimento de rotação da Terra, que é de Oeste para Leste (de acordo com nossas convenções).
O círculo com seta, logo acima do pólo Norte, indica o movimento de rotação da Terra, que é de Oeste para Leste (de acordo com nossas convenções).

Agora imaginem que duas pessoas (cada uma localizada em um dos pólos da Terra) pudesse lançar, cada uma, um projétil em altíssima velocidade e de longo alcance (quando comparado as dimensões de nosso planeta). A Terra continuaria a girar e para um observador fora do planeta, as trajetórias desses projéteis seriam defletidas de acordo com as setas vermelhas localizadas sobre o globo terrestre na figura acima.

Como os furacões se deslocam em velocidades relativamente grandes sem parar e como seu deslocamento também é bastante grande (só imaginar que os furacões do oceano atlântico nascem no litoral da África e se deslocam até ao golfo do México), eles conseguem sofrer os efeitos descritos na figura acima, ou seja, eles conseguem sofrer os efeitos da força de Coriolis.

Tenho abaixo duas imagens: o furacão Katrina (que ocorreu no golfo do México, ou seja, no hemisfério norte) e o furacão Catarina (que ocorreu na costa do Estado de Santa Catarina, no Brasil, portanto no hemisfério Sul). Repare as nuvens dos centros desses dois furacões: no caso do furacão Katrina, elas giram no sentido anti-horário e no caso do furacão Catarina, elas giram no sentido horário:

Furacão Katrina
Furacão Catarina

Os furacões (ou tufões, ou ciclones tropicais, como preferir) são o melhor exemplo da atuação dos efeitos da força de Coriolis. A força de Coriolis também altera a rota dos aviões que percorrem longas distâncias. Veja aqui, através de demonstrações, como isso ocorre.

Tornados e pequenos redemoinhos não sofrem os efeitos da força de Coriolis, pois são bem menores (possuem diâmetros da ordem de poucos quilômetros ou menores) e se deslocam por poucos quilômetros, quando comparados a furacões. Lembrem-se que os tornados muitas vezes destroem um bairro ou uma pequena parte de uma cidade, deixando o restante intacto. Os furacões se deslocam por centenas de quilômetros. Sendo assim, para os tornados  é como se a Terra fosse plana e nem estivesse girando. Se para os tornados é assim, imagine então para ralos de pias de banheiro! De acordo com informações do pessoal da Seara da Ciência, da UFC:

A força de Coriolis, como vimos naquela fórmula do início, depende diretamente da velocidade angular da Terra em torno de seu eixo. Essa velocidade é muito pequena, 1 volta por dia. Fazendo as devidas transformações, isso equivale a cerca de 7 x 10-5 rd/seg. Usando a fórmula para 1 kg de água escoando com velocidade de 1 m/s (bem grande, portanto), a gente acha uma forcinha de apenas 10-4 N (0,0001 N) que é semelhante ao peso de um grão de poeira. Portanto, bastariam alguns grãos de poeira na água para baldear por completo a influência da força de Coriolis.

Se você fizer uma experiência na pia de seu banheiro (faça!) verá que a água pode escoar no sentido horário, no anti-horário, e pode até mudar de sentido durante o escoamento. Qualquer sugeirinha, qualquer vibração, qualquer irregularidade na superfície da pia influenciam muito mais o escoamento da água que a pobre força fictícia de Coriolis.

Mesmo assim, além dos furacões, a força de Coriolis tem efeitos bem visíveis na Terra. Os leitos dos rios costumam ser mais fundos em uma das margens do que na margem oposta. Que margem deve ser mais funda aqui no hemisfério Sul? Até os trilhos dos trens, depois de anos de uso, ficam mais gastos de um lado que do outro. Em vôos internacionais de longa duração, os pilotos têm de compensar o efeito da força de Coriolis para não se desviarem de suas rotas. O mesmo vale para satélites, como vimos nas animações anteriores.

Por isso pessoal, é uma farsa completa aquele ‘experimento’ que fazem em algumas cidades localizadas bem em cima da linha do Equador, como a cidade de Nanyuki no Quênia.  Esses ‘experimentos’ já ganharam algum destaque na TV, sendo mostrados na seção de curiosidades de alguns problemas. Os guias turísticos da cidade atravessam a linha do Equador com uma cuba cheia de água e mostram que na parte da cidade localizada no hemisfério sul, a água gira no sentido anti-horário e na parte da cidade localizada no hemisfério norte, a cuba gira no sentido horário. Quando localizado exatamente sobre a linha do equador, o guia mostra, para deleite dos turistas, a água escorrendo pelo ralo sem girar.  A platéia então vê extasiada. Agora vamos pensar: o próprio guia pode mexer seus braços e direcionar o escoamento. Deve ser exatamente o que ele faz. Encontrei uma ‘demonstração’ dessas no Youtube. Não sei se foi feita nessa cidade do Quênia, mas a idéia é a mesma. Vale a pena ver com olhos questionadores, agora que vocês já conhecem os efeitos da força aparente chamada força de Coriolis.

Bibliografia (que eu consultei e/ou recomendo):

– As figuras que ilustram o movimento giratório do carrossel foram tiradas daqui.

– A imagem que abre o post é uma das fotos de uso não-comercial do Free Digital Photos

Entendendo a força de Coriolis. Material didático do Departamento de Geografia da FFLCH-USP.

Artigo do AlgoSobre.com.br sobre o assunto (está super completo)

– Exploring Earth – Coriolis Effect.

Força de Coriolis – Demonstração Matemática – Apostila da Prof. Dr. Alice Grimm

– Earth Education Online – The Coriolis Effect.

– Mundo Estranho – Por que a aágua escoa em movimento circular pelo ralo da pia?

Apostila do curso de engenharia da UFMG que aborda o assunto