História da ciência: as primeiras descrições do Efeito Coriolis

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:

• É verdade que a água do ralo escoa em sentidos opostos no Hemisfério Sul e no Hemisfério Norte?
• Ovo equilibrado na linha do Equador? Isso é verdade?

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

• O que é uma força fictícia?
• Carrosséis e Bolinhas
• O Efeito Coriolis no planeta
• Efeito Coriolis na pia do banheiro 

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. 

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.

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].

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

• Early descriptions of Coriolis effect – Physics Today
• Notes on the history of the Coriolis effect – Physics Today