¿Existe una explicación intuitiva para la fuerza hacia el sur causada por el efecto Coriolis en las esferas giratorias?

Del artículo Efecto Coriolis en Wikipedia, lo siguiente con respecto al efecto Coriolis en una esfera giratoria :

Al establecer vn = 0, se puede ver de inmediato que (para φ y ω positivos) un movimiento hacia el este da como resultado una aceleración hacia el sur. De manera similar, al establecer ve = 0, se ve que un movimiento hacia el norte da como resultado una aceleración hacia el este. En general, observado horizontalmente, mirando a lo largo de la dirección del movimiento que causa la aceleración, la aceleración siempre se gira 90° a la derecha y es del mismo tamaño independientemente de la orientación horizontal.

Mi comprensión intuitiva (pero posiblemente incorrecta) es que si hay dos puntos, Point Ay Point B, en diferentes latitudes en el hemisferio norte, las velocidades hacia el este de estos puntos son diferentes porque están a diferentes distancias del eje de rotación de la Tierra, y esto causa el efecto de Coriolis para una esfera giratoria.

Si se dispara un proyectil hacia el norte desde Point Acerca del ecuador hacia Point Bcerca del polo norte, el proyectil comenzará con la velocidad más alta hacia el este de Point A, y aterrizará al este de Point B, que se mueve hacia el este a una velocidad más lenta que el proyectil.

En primer lugar, ¿es eso correcto?

Si eso ES correcto, eso me lleva a la cita de Wikipedia. La cita implica que, si se dispara un proyectil hacia el este , experimentará una fuerza de Coriolis hacia el sur . Mi explicación intuitiva basada en las diferencias de velocidades entre el origen y el destino no explica en absoluto un movimiento hacia el sur, ya que las velocidades Point Ay Point Bson idénticas si los puntos están en la misma latitud.

¿Qué me estoy perdiendo? ¿Experimentaría un proyectil disparado hacia el este o hacia el oeste alguna deriva hacia el norte o hacia el sur causada por el efecto Coriolis (o cualquier otra cosa)?

¿Por qué?

También estoy desconcertado por eso, aunque hay un efecto obvio. Si un proyectil comienza a 1 metro del polo norte y se mueve hacia el este o el oeste, muy rápidamente se moverá hacia el sur.
@MikeDunlavey ¡Cierto y difícil de conceptualizar! Sin embargo, ese efecto es solo porque es una esfera, no tiene nada que ver con el hecho de que la esfera está girando. Será lo mismo para una esfera estacionaria y, por lo tanto, no tiene nada que ver con coriolis.
Hay algo extraño. Por ejemplo, si a = − 2 Ω × v , ¿no debería ser 0 cuando lanzas algo en dirección norte? en ese caso v es paralelo a Ω . Pero esto es obviamente una tontería...
¡Gracias por preguntar! He estado queriendo preguntar por alrededor de un año
@Bzazz en el ecuador a v de la velocidad hacia el norte es paralela al eje de rotación... y por lo tanto existe la desviación de Coriolis (excepto, por supuesto, a medida que se dirige más al norte del ecuador, comenzará a hacer la transición de su propio movimiento a un componente creciente perpendicular a Ω). Pero cerca del Polo Norte, el norte (o cualquier otra dirección horizontal para el caso) es completamente perpendicular a Ω)

Respuestas (2)

En primer lugar, ¿es eso correcto?

Sí, su comprensión intuitiva de esta parte del efecto Coriolis es correcta.

La segunda parte, es decir, por qué el viento en dirección este se desvía hacia el sur, es un poco más complicado e implica el uso de la fuerza centrípeta. esto viene dado por la ecuación:

F = metro v 2 r

Si reordenamos la ecuación anterior, podemos encontrar r en términos de v , y llegamos a:

r = metro v 2 F

Esto nos dice que a medida que aumenta la velocidad, también aumenta el radio requerido para mantener la órbita.

Ahora apliquemos este concepto a los vientos en la Tierra. Si no sentimos viento en la Tierra, entonces el aire en la atmósfera viaja a la misma velocidad que la Tierra. La Tierra está girando naturalmente hacia el Este.

En el caso de un viento adicional hacia el este que se siente en la Tierra, este viento ha aumentado efectivamente su velocidad y, por lo tanto, la ecuación anterior nos dice que el radio de la órbita también debe aumentar. El radio en este caso es la distancia, medida perpendicularmente al eje de la Tierra, entre el eje y el viento.

Para que el radio aumente, el viento se mueve hacia el sur, donde el radio es mayor.

De manera similar, el viento que se mueve en dirección oeste, se mueve en dirección opuesta a la de la Tierra y, por lo tanto, su velocidad disminuye. En consecuencia este viento se mueve hacia el Norte, donde el radio es menor.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La imagen de arriba muestra lo que sucede. El viento que se mueve hacia el Este comienza a expandir su radio, moviéndose así hacia el exterior. La gravedad lo atrae hacia atrás y el viento se mueve hacia el sur para mantener el radio más grande requerido para su mayor velocidad.

¡Gracias Chris, eso tiene mucho sentido y está muy bien presentado!
Si un objeto se moviera hacia el este a baja velocidad, según su explicación, ¿no intentaría moverse hacia el norte? Pero si un objeto se moviera hacia el este a gran velocidad, ¿no trataría de ir hacia el sur?
@aPhysicist, no, porque incluso si la velocidad hacia el este es pequeña, sigue siendo un aumento en la velocidad radial y, por lo tanto, requerirá un aumento en la órbita radial para mantenerse. Recuerda, incluso cuando el viento es 0, todavía hay una velocidad radial debido a la rotación de la Tierra.
@Kenshin, pero ¿por qué no sube para aumentar el radio? En el caso de los vientos, tal vez las diferencias de densidad harían más fácil ir hacia el sur en lugar de hacia arriba, pero en el caso de un proyectil, esa diferencia de densidad no se aplicaría. Sin embargo, el efecto es el mismo. ¿Por qué?
Camilo parece haber sabido bien la respuesta según su publicación en Cómo deducir la dirección del efecto de Coriolis : la cuestión es que ir "hacia arriba" no aumenta el radio del eje en el Polo, pero lo hace por completo en el Ecuador. . Coriolis completo tiene un término vertical y se aplica en todas partes de la Tierra. Moverse hacia afuera desde el eje de rotación es completamente "horizontal" en los polos, completamente "vertical" en el ecuador, y la proporción cambia de uno a otro en el medio.

Es un efecto geométrico. Considere un punto estacionario en un marco no giratorio que inicialmente coincide con un punto en la esfera al norte del ecuador. En el marco giratorio, vE es negativo (magnitud igual a la velocidad de rotación local). La coordenada del punto en el marco giratorio adquiere una aceleración instantánea directamente hacia el eje de rotación. La proyección de la aceleración aparente sobre los componentes de coordenadas N/E locales tiene un componente N distinto de cero.

Este es el argumento en negativo vE igual a la velocidad de rotación local. Otros valores requieren ajustar la imagen geométrica, pero la idea es la misma.

¿Existe una explicación intuitiva para la fuerza hacia el sur causada por el efecto Coriolis en las esferas giratorias?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v