História da ciência: as primeiras descrições do Efeito Coriolis



Parâmetro de Coriolis. No post de hoje, vamos falar das primeiras descrições da Força de Coriolis, fazendo um pequeno apanhado histórico. Cortesia de Shutterstock 

Efeito Coriolis ou Força Inercial de Coriolis ou ainda apenas Força de Coriolis (ou Pseudoforça de Coriolis e até  Força Fictícia de Coriolis) é o nome dado a um efeito que ocorre quando um objeto encontra-se em movimento dentro de um referencial em rotação. Vejam, estou tentando explicar sem “fisiquês”, porque não sou física e sendo assim a coisa flui melhor se eu der um exemplo.

A animação da esquerda mostra a bolinha saindo do centro e se deslocando em linha reta para a periferia do carrossel. Podemos imaginar que alguém (Eduardo) que está no centro lança a bolinha na direção de outra pessoa (Mônica) que está na borda do carrossel. Enquanto a bolinha segue seu trajeto retilíneo, obedecendo a lei da inércia (já que não há forças sobre ela), Mônica se desloca acompanhando o movimento giratório do carrossel. Desse modo, a bolinha alcança a borda do carrossel em um ponto à esquerda de Mônica.

A animação da direita mostra o mesmo episódio do ponto de vista de Mônica ou Eduardo. Durante todo o processo, ambos permanecem de frente, um para a outra, nariz apontando para nariz. Já a bolinha, segue uma trajetória que encurva para a esquerda de Mônica e a direita de Eduardo. A interpretação de ambos, usando a lei da inércia, é natural: “se a bolinha desviou, seguindo uma trajetória curva, deve haver alguma força agindo sobre ela”. {x}

No entanto, não há nenhuma força adicional agindo sobre a bolinha. Essa ‘força’ é apenas consequência de os dois participantes do experimento estarem em um referencial em rotação. Por essa razão, chamam essa ‘força’ de pseudoforça ou força fictícia de Coriolis.

 

 

 

 

 

 

 

O Efeito Coriolis é estudado pelos meteorologistas uma vez que fenômenos meteorológicos “grandes” como furacões e frentes frias são afetados por ele. O fato de a Terra girar em torno do próprio eixo possibilita o Efeito Coriolis e faz com que os furacões tenham sentido de rotação diferentes dependendo do hemisfério onde se formam (os terraplanistas piram com essa informação 😂).

Fatos sobre a força de Coriolis

1)  A fórmula geral da força de Coriolis é

F = 2 m v w
– m é a massa do corpo;

– v é a velocidade do corpo;

– w é a velocidade angular do corpo;

2) 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.

3) 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.

4) 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.

Para quem deseja saber mais, deixo a seguir alguns dos links em que falamos do Efeito Coriolis aqui no blog:

E além dos textos que escrevi acima, recomendo a excelente série do Seara da Ciência sobre o tema:

As primeiras descrições do Efeito Coriolis

Recentemente, um texto da Physics Today revisitou a história da descoberta do Efeito Coriolis, mencionando as primeiras descrições do fenômeno e eu vou falar um pouco desse texto.

Gaspard-Gustave Coriolis (1792-1843) descreveu matematicamente o Efeito de Coriolis em 1835. No entanto, o astrônomo jesuíta Giovanni Battista Riccioli (1598-1671) pode ter previsto o efeito em 1651 e o descreveu em seu trabalho Almagestum Novum. 

Almagestrum Novum, imagem da cópia que faz parte do acervo da Airy Library. Mais informações aqui.

Galileu Galilei (1564-1642), que morreu anos antes da publicação do Almagestum Novum, também sugeriu a existência da força inercial em seu trabalho Dialogo di Galileo Galilei sopra i due Massimi Sistemi del Mondo Tolemaico e Copernicano (também conhecido como Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo). No entanto, ele sugeriu que a deflexão provocada pelo efeito seria muito pequena para ser observada. Riccioli e Grimaldi (padre jesuíta e matemático colega de Riccioli) argumentava que faltavam observações que pudessem comprovar a existência dessa força inercial.

Contracapa de Dialogo di Galileo Galilei sopra i due Massimi Sistemi del Mondo Tolemaico e Copernicano. Istituto e Museo di Storia della Scienza – Museo Galileo – Istituto e Museo di Storia della Scienza. Fonte: Wikimedia Commons

Ainda devemos mencionar um outro trabalho, de outro padre jesuíta:  Cursus seu Mundus Mathematicus, publicado em 1674 por  Claude François Milliet Dechales (1621-1678).  Nesse trabalho, Dechales citou repetidamente Riccioli. Em uma seção intitulada “Objeções contra Copérnico”, Dechales observou que as objeções “comuns” ao movimento copernicano da Terra falham, por exemplo, a objeção de que uma Terra rotativa deixaria para trás aves em vôo. Dechales ilustrou o porquê, usando o exemplo de uma bola lançada a partir de um navio que se move de forma constante: por causa do movimento, a bola cai no mesmo lugar que se o navio estiver em repouso.

Uma das considerações de Dechales ainda envolvem um experimento considerando uma bola que cai de uma Torre. A seguir, a imagem do experimento e a descrição dessa imagem:

Uma bola F, pendurada no topo de uma torre diretamente acima do ponto G é derrubada no chão. Enquanto a bola desce, o ponto G é carregado [pela rotação da Terra] em I. A bola F mostra que não pode chegar ao ponto G (agora em I). Isso ocorre porque a bola, quando posicionada em F, tem um impulso [ímpeto] necessário para passar pelo arco FH (através do qual a parte superior da torre se move enquanto a bola desce) que é maior do que o requisito para arco GI. Portanto, se a bola é descartada, não chegará ao ponto I, mas avançará para a frente [para L].

C. F. M. Dechales, Cursus seu Mundus Mathematicus, vol. 4, 1690, p. 328.). Imagem publicada na Physics Today

Dechales ainda menciona outros experimentos que poderiam comprovar a existência do efeito da rotação da Terra na trajetória de corpos em movimento.  Devido a essas descrições anteriores a Gaspard-Gustave Coriolis, o artigo da Physics Today ainda sugere que o efeito Coriolis pudesse ser renomeado. Efeito Riccioli? Efeito Riccioli-Dechales-Coriolis? Bom, é algo para se pensar.

Bibliografia