Le forze apparenti e i loro
effetti nella realtà
Silvia Cherubini 5C scientifico
liceo “G.Bagatta”
Cos’è una forza apparente
Un corpo di massa m, che si trova in un sistema di riferimento
inerziale I, è soggetto a varie forze. La risultante delle forze, F segue il
secondo principio di Newton per il quale F = m . a.
Se il corpo si trova in un sistema di riferimento non inerziale S, per
esso non varranno più le leggi di Newton e un osservatore solidale a S
vedrà che il corpo accelererà, pur non essendo soggetto all’azione di
alcuna forza. Per spiegare tale fenomeno e far valere i principi di
Newton sono state introdotte delle forze dette fittizie o apparenti.
Forza centrifuga
Se ci troviamo su una giostra in rotazione ed appoggiamo una palla sulla
piattaforma, osserviamo che la palla accelera senza che su di essa agisca alcuna
forza non equilibrata. La traiettoria seguita dalla palla, inoltre, non è rettilinea,
quindi, per un osservatore che si trova sulla piattaforma rotante (sistema di
riferimento non inerziale perché soggetto ad accelerazione) non valgono le leggi
di Newton.
Immaginiamo di fissare l’estremità di una molla al centro di una piattaforma
rotante e di collegare all’altra estremità della molla una massa. Un osservatore
che si trovi sulla piattaforma vedrà la massa spostarsi verso l’esterno lungo il
raggio e la molla allungarsi. Per l’osservatore solidale alla piattaforma tutto
avviene come se sulla massa agisse una forza diretta verso l’esterno, questa
forza, introdotta dall’osservatore per poter ragionare come se si trovasse in un
sistema di riferimento inerziale è una forza fittizia: la forza centrifuga.
Un osservatore eterno, invece, vede la massa muoversi lungo una traiettoria
circolare. Per lui la massa è soggetta a un’accelerazione centripeta, diretta verso
il centro della piattaforma, prodotta dalla forza centripeta esercitata sulla massa
dalla molla.
Sistema di riferimento
rotante
Sistema di riferimento
inerziale
Forza di Coriolis
Se una persona, che si trova al centro di una piattaforma
rotante, lancia una palla lungo il pavimento, in direzione
radiale verso l’esterno, vede la palla seguire una traiettoria
curva come se su di essa agisse una forza orizzontale.
Questa forza, che viene chiamata forza di Coriolis, modifica
unicamente il verso e la direzione della velocità, non il valore.
Per un osservatore esterno alla piattaforma, la palla si muove
lungo una traiettoria rettilinea.
Gaspard de Coriolis
Il padre di Coriolis era Jean-Baptiste-Elzear Coriolis e sua madre Marie-Sophie de Maillet.
Il padre divenne sottotenente nel reggimento Borbonese nel 1773, combatté nella campagna
americana nel 1780 e tornò in Francia nel 1784, quando venne promosso capitano.
Nel 1790 divenne un ufficiale di Luigi XVI, ma si trovò ben presto in difficoltà quando la
monarchia entrò in crisi.
Gaspard nacque nel 1792 pochi mesi prima che la monarchia fosse abolita, suo padre fuggì a
Nancy dove diventò un industriale.
Nel 1808 Coriolis diede l’esame di ammissione per entrare all’ Ecole Polytechnique, arrivò
secondo su tutti gli studenti che entrarono quell’anno, studiò all’Ecole des Ponts et
Chaussées a Parigi e con il corpo degli ingenieri lavorò nei distretti di Meurthe-et-Moselle e
Vosges.
Dopo la morte di suo padre, Coriolis dovette preoccuparsi della famiglia e decise di
accettare nel 1816 l’insegnamento di Analisi all’ Ecole Polytechnique, per questo incarico fu
raccomandato da Cauchy. Nel 1829 divenne professore di meccanica all’ Ecole Centrale des
Artes et Manufactures, ma a seguito della rivoluzione, nel 1830 lasciò Parigi.
Insegnò in varie scuole fino al 1838, quando decise di interrompere l’insegnamento. Morì
nel 1843.
Esperienza alla “Villette”
Legge di Ferrel
“Un corpo non vincolato in
movimento nel nostro emisfero viene
deviato verso destra rispetto alla
direzione del suo movimento;
nell’emisfero australe viene deviato
verso sinistra.”
William Ferrel
William Ferrel nacque a Bedford, Pennsylvania, nel 1817.
Visse a Cambridge nel Massachusetts dove ricevette
l’incarico di studiare la Teoria generale delle maree dagli
Unites States Coast e Geodetic Survey nel 1867.
Ferrel studiò gli effetti che avevano gli eventi meteorologici
sulle maree e stabilì che, a causa della rotazione della Terra
e della forza di Coriolis, la vorticosità delle correnti marine
era diversa nei due emisferi.
Effetti della legge di Ferrel
I venti nell’atmosfera
La Terra, per la sua rotazione, costituisce un sistema di riferimento non
inerziale: sulle masse d’aria in movimento agisce l’effetto della forza di
Coriolis.
La forza di Coriolis fa sì che nel nostro emisfero le masse d’aria in movimento
vengano deviate verso destra, rispetto alla direzione iniziale, e verso sinistra
nell’emisfero australe.
Nell’emisfero boreale i venti escono dalle aree anticicloniche ruotando in
senso orario e convergono verso il centro delle aree cicloniche in senso
antiorario. Nell’emisfero australe avviene il contrario: i venti escono dalle
aree anticicloniche ruotando in senso antiorario e convergono verso il centro
delle aree cicloniche in senso orario.
Questi movimenti sono stabiliti dalla legge di Ferrel che non riguarda solo i
venti, ma determina anche la direzione delle correnti marine.
Le correnti oceaniche
L’azione della forza di Coriolis fa deviare la direzione del movimento dell’acqua
verso destra nel nostro emisfero e verso sinistra in quello australe.
Le acque oceaniche, spinte dal vento, non si muovono nella stessa direzione del
vento, perché la la forza di Coriolis fa deviare la direzione del del movimento
man mano che viene trasferito agli strati più profondi dell’acqua. Questi
progressivi spostamenti della direzione del flusso dell’acqua porterebbero a un
movimento nella direzione opposta a quella del vento; la corrente che si viene a
produrre in questo modo, segue una direzione che è circa perpendicolare a
quella del vento.
Il sistema di circolazione delle correnti oceaniche, per effetto della legge di
Ferrel, è strutturato in modo che sul lato occidentale degli oceani vi sono
correnti calde (costituite da correnti d’acqua tropicale in moto verso i poli),
mentre sul lato orientale si muovono verso l’equatore le correnti fredde.
Correnti calde
Correnti fredde
Bibliografia
• Corso di geografia generale (M.Filippini-L.Bignami)-Minerva Italica
• Fisica principi e problemi (T.W.Zitzewitz-R.S.Ness)-McGraw/Hill
• Fisica generale (S.Rosati)-Ambrosiana Milano
Siti internet:
• www.manualedivololibero.com
• www.satftp.soest.hawaii.edu
• www.accuweather.com
Immagini
• Diapositiva 1: “Composizione VIII” Wassili Kandinsky
• Diapositiva 2: “Le grand style” René Magritte (rielaborato)
• Diapositiva 4:”Paradise 3” Yoichiro Kawaguchi
• Diapositiva 6: “Phisics today” Yoichiro Kawaguchi
• Diapositiva 12: “ La Grande Famille” René Magritte
