Força de Coriolis

Ciclones, tornados e tufões são intempéries climáticas que têm consequências devastadoras por onde passam. Para entender suas formações e seus mecanismos, é necessário compreender que esses fenômenos são complexos e que dependem de diversas variáveis, sendo uma delas a força de Coriolis.    

A força de Coriolis é uma força fictícia que ocorre em movimentos rotacionais quando existem movimentos relativos ao referencial inercial. Pode ser entendida, ainda, como uma componente suplementar à força centrífuga.

Seu nome se deve ao engenheiro Gustave-Gaspard Coriolis, que descreveu matematicamente essa força.

Forças de Inércia ou forças fictícias

Considere o seguinte experimento: um líquido é depositado em um recipiente que se encontra apoiado em uma mesa inicialmente em repouso, sendo que a superfície do fluído está paralela à superfície da mesa. Posteriormente, a mesa se movimenta com uma determinada aceleração. Nesta situação, é possível observar que a superfície do líquido dentro do recipiente se inclina a um ângulo em relação a mesa. Quando a sua aceleração cessa e o recipiente é freado pelo atrito, a inclinação da superfície se inverte, como ilustra a figura abaixo.

Representação do experimento com o recipiente contendo líquido.

Pode-se interpretar que existe uma força que age na superfície do líquido causando essa inclinação, mas essa força não é resultado das forças gravitacionais ou eletromagnéticas, ela existe devido à inércia do fluido, ao movimento relativo do fluido em relação ao recipiente. Logo, essa força é chamada de força de inércia ou de força fictícia.

A primeira Lei de Newton afirma que: ‘’ todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme a menos que seja forçado a mudar seu movimento por forças aplicadas sobre ele’’. 

Esse efeito é observado pelos passageiros de um ônibus, que são lançados para frente quando o veículo freia. Outro exemplo é o caso de um pêndulo preso no teto de um carro, que é lançado para trás quando este entra em movimento. Esse princípio da inércia é o verdadeiro responsável pelo comportamento cinemático do sistema que é incorporado à representação das forças fictícias ou inerciais. 

Nota: Embora a força seja denominada fictícia, perceba que seu efeito é real e observável, causado pelo movimento relativo dos sistemas. 

Suponha que duas pessoas estejam brincando em um carrossel. Nessa brincadeira, um dos participantes arremessa uma bola para frente. A vista superior do carrossel em movimento mostra uma trajetória retilínea na bola (ponto roxo na figura abaixo). Em um outro referencial, no qual os participantes são observados imóveis, a trajetória observada será curvilínea, como visualizado na figura abaixo. Esse desvio da trajetória é consequência da força de Coriolis.

Observação do lançamento de uma bola em um carrossel sob diferentes pontos de referência.

Esse efeito pode ser descrito para um caso específico pelo módulo da sua força dado pela fórmula abaixo para um corpo de massa m, velocidade angular \( \omega\) e velocidade relativa \( V_{rel}\) : 

$$ F_{cr}  = 2m.|\omega|.|V_{rel}| $$ .

Perceba que, para a existência da força de Coriolis, deve existir uma velocidade angular. Logo, o movimento tem que ser rotacional e, também, deve existir uma velocidade relativa ao sistema inercial.

Vejamos o exemplo de um corpo que caminha por um meridiano na superfície da Terra. Considerando o Centro da Terra como referencial inercial, a Terra gira em torno do seu próprio eixo, que cruza os pólos geográficos. Logo, ao se afastar do Centro da Terra, esse corpo é submetido a uma força de Coriolis, pois há uma velocidade relativa entre ele e o referencial inercial da Terra. Essa força pode vir a contribuir para a formação de um ciclone, que consiste em massas de vento se movendo a velocidades muito elevadas, atingindo uma grande área.

SANTOS, Ilmar. Dinâmica de sistemas mecânicos: Modelagem, Simulação, Visualização, Verificação. Makron, 2001.