La forza di Coriolis

Quando un corpo si muove liberamente, ad esempio dall'Equatore verso uno dei poli, mantiene la velocità di rotazione del punto di partenza (Equatore) rispetto alla Terra.

Tuttavia, man mano che si sposta verso latitudini più elevate, passa sopra regioni che ruotano più lentamente, perché la velocità lineare di rotazione terrestre diminuisce avvicinandosi ai poli.

Questo fa sì che il corpo sembri deviare dalla sua traiettoria originale: nell'emisfero boreale devia verso destra, mentre nell'emisfero australe devia verso sinistra, rispetto al suo movimento.

Lo stesso accade se un corpo si sposta dai poli, dove la velocità di rotazione terrestre è inferiore, verso le zone equatoriali dove la velocità di rotazione è maggiore.

Anche in questo caso il corpo sembra spostarsi verso destra rispetto alla sua direzione.

La forza di Coriolis non è una forza reale, ma una forza apparente che emerge nel sistema di riferimento rotante della Terra.

Questa forza apparente è cruciale per la formazione dei venti e delle correnti oceaniche. Ad esempio:

• Nelle correnti oceaniche, la forza di Coriolis contribuisce alla formazione di grandi correnti circolari.
• Nei fenomeni meteorologici come gli uragani, essa causa la rotazione dei venti attorno al centro di bassa pressione, con rotazioni antiorarie nell'emisfero boreale e orarie in quello australe.

Per capire meglio questo concetto, si potrebbe immaginare una sfera rotante su cui scivola un oggetto, senza attrito: a causa della differente velocità di rotazione nei vari punti, l'oggetto segue una traiettoria curva invece di una retta, come ci si aspetterebbe in assenza di rotazione.

Perché è una forza apparente?

La forza di Coriolis è chiamata "apparente" perché non è una vera forza, come quella di gravità o di attrito, che esercitano una spinta o una trazione diretta su un corpo.

In realtà, la forza di Coriolis nasce dalla prospettiva di un osservatore situato su un sistema di riferimento rotante, come la Terra.

Per un osservatore esterno alla Terra, in un sistema di riferimento non rotante, il corpo segue semplicemente un percorso rettilineo secondo le leggi di inerzia.

Tuttavia, per chi osserva dalla superficie terrestre, questo movimento sembra deviare, dando l'impressione che su di esso agisca una forza.

Ad esempio, immaginiamo una giostra che ruota. Se lancio una palla da un bordo della giostra verso il centro mentre essa gira, noto che la palla non segue una traiettoria rettilinea come previsto, ma sembra deviare. Da un punto di vista esterno, la palla segue un percorso rettilineo, ma sulla giostra sembra curvare. Questa deviazione apparente è dovuta al movimento rotatorio della giostra rispetto alla traiettoria della palla e non a una forza reale che agisce su di essa.

Perché è apparente sulla Terra?

Sulla Terra, ogni corpo tende a mantenere la propria velocità iniziale secondo il principio di inerzia.

Tuttavia, poiché la Terra ruota, un oggetto in movimento tra punti con diverse velocità di rotazione apparirà deviare verso destra o sinistra.

Questa apparente deviazione è ciò che chiamiamo "forza di Coriolis", ma in realtà è solo una manifestazione dell'inerzia in un sistema di riferimento rotante.

Perché ci sono diverse velocità di rotazione sulla Terra?

Sulla Terra ci sono diverse velocità di rotazione a seconda della latitudine.

La velocità di rotazione terrestre all'Equatore è di circa 1.670 chilometri all'ora (km/h).

Questa velocità si calcola considerando che la Terra compie una rotazione completa di 360 gradi in circa 24 ore e che la circonferenza all'Equatore è di circa 40.075 chilometri.

La velocità di rotazione terrestre diminuisce man mano che ci si avvicina ai poli poiché la circonferenza della Terra diminuisce con l'aumentare della latitudine rispetto all'Equatore.

Ad esempio, ai Tropici, che si trovano a circa 23,5 gradi di latitudine nord e sud, la velocità di rotazione è inferiore rispetto all'Equatore.

Calcolando la velocità a questa latitudine, si ottiene un valore approssimativo di circa 1.530 km/h.

Nota. La velocità di rotazione terrestre \( v \) in un punto qualsiasi della superficie terrestre può essere calcolata con la formula: $$  v = v_{\text{eq}} \cdot \cos(\text{latitudine}) $$ Dove \( v_{\text{eq}} \) è la velocità di rotazione all'Equatore, circa 1.670 km/h, mentre \(\cos(\text{latitudine})\) è il coseno della latitudine del punto considerato. Ad esempio, in Italia, dove la latitudine media è circa 42-45 gradi, il calcolo porta a una velocità di rotazione approssimativa di 1.240 km/h. Ai poli, con una latitudine di 90 gradi, il coseno è zero, quindi la velocità di rotazione è effettivamente 0 km/h.

Al Circolo Polare, che si trova a una latitudine di circa 66,5 gradi nord e sud, la velocità di rotazione terrestre è ancora inferiore rispetto ai Tropici e all'Equatore. In questa posizione, la velocità di rotazione è di circa 830 km/h.

Questo valore continua a diminuire verso i poli, dove la velocità di rotazione si riduce progressivamente fino a diventare praticamente nulla ai poli, poiché in quei punti la distanza dall'asse di rotazione è minima.

E così via.