Nei paesi vicini all’equatore terrestre, i turisti sono spesso abbagliati dalla dimostrazione di un misterioso fenomeno fisico spesso indicato come effetto Coriolis. Un presentatore posizionerà tre secchi d’acqua – uno nell’emisfero settentrionale, uno nell’emisfero meridionale e uno direttamente sull’equatore – e farà defluire l’acqua.
Ai turisti viene mostrato che, mentre l’acqua defluisce, l’acqua nel secchio settentrionale ruota in una direzione, l’acqua nel secchio meridionale ruota nell’altra direzione e l’acqua all’equatore non ruota affatto.
Il dimostratore potrebbe affermare che questo strano fenomeno è governato dalla fisica, che è un esempio dell’effetto Coriolis.
La natura intrigante dell’effetto Coriolis ha portato alle sue frequenti apparizioni nelle leggende metropolitane e nella cultura popolare, dagli spettacoli televisivi ai videogiochi.
L’effetto Coriolis si basa sull’idea che la rotazione della Terra introduce una forza fisica, nota come forza di Coriolis, che influenza il modo in cui gli oggetti sembrano muoversi per noi osservatori terrestri. La forza di Coriolis fa deviare gli oggetti sulla superficie terrestre in diverse direzioni a seconda che si trovino sopra o sotto l’equatore. L’effetto è più forte vicino ai poli e più debole all’equatore.
L’effetto Coriolis è legittimamente responsabile del comportamento di alcuni fenomeni naturali, come gli uragani, che meterologi e oceanografi fisici. Ma negli ambienti domestici, la rotazione della Terra in realtà ha ben poco effetto sul comportamento dell’acqua. La matematica può spiegare come funziona – o non funziona – in un lavello da cucina.
La matematica dietro il fenomeno
I geofisici usano alcune equazioni matematiche, note come equazioni di Navier-Stokes, per descrivere il comportamento dei fluidi. Approssimativamente, le equazioni di Navier-Stokes mettono in relazione il cambiamento di velocità del fluido – come si muove il fluido – alle forze che agiscono sul fluido, soggette ad alcuni vincoli fisici. Ad esempio, le equazioni presuppongono che la quantità complessiva di fluido nel sistema non cambi nel tempo.
Ma solo perché fisici e matematici possono scrivere queste equazioni, non significa che possiamo risolverle. In effetti, queste equazioni sono così difficili da risolvere che vinceresti un Premio del Millennio e 1 milione di dollari se potessi farlo.
Sebbene non esista una soluzione completa nota per le equazioni di Navier-Stokes, i meteorologi e gli oceanografi fisici possono ancora ottenere utili soluzioni parziali. Un modo per ottenere queste soluzioni parziali è confrontare vari termini nelle equazioni di Navier-Stokes per determinare quali sono i più importanti.
Questi confronti sono spesso registrati come rapporti e non hanno unità fisiche associate, guadagnandosi così il nome di “numeri adimensionali“.
Cosa succede nel tuo lavandino?
Nel contesto dell’effetto di Coriolis, forse il numero adimensionale più importante è il numero di Rossby, dal nome del meteorologo dell’inizio del XX secolo Carl-Gustav Rossby. Il numero di Rossby confronta la dinamica del fluido con la velocità di rotazione della Terra, tenendo conto di quanto è grande il sistema e quanto velocemente si sta muovendo.
Un piccolo numero di Rossby indica che la forza di Coriolis ha un forte effetto sul sistema, mentre un grande numero di Rossby indica che la forza di Coriolis ha un effetto trascurabile. Ad esempio, il numero di Rossby per un uragano medio è dell’ordine di 1, indicando che la dinamica del fluido e la velocità di rotazione della Terra hanno una rilevanza simile. È vero che gli uragani tendono a ruotare in senso orario nell’emisfero meridionale e in senso antiorario nell’emisfero settentrionale.
La stessa matematica che si applica a fenomeni su larga scala come gli uragani si applica anche all’acqua nel lavandino del bagno. In questa situazione, il sistema è relativamente piccolo, quindi il numero di Rossby sarà molto più grande di 1, più di 10.000 volte più grande. Questa osservazione indica che la forza di Coriolis è trascurabile sull’acqua che scorre nel lavandino del bagno.
Infatti, il numero di Rossby prevede che l’acqua dovrebbe muoversi a una velocità quasi impercettibile affinché la forza di Coriolis diventi significativa. Quindi, anche se il modo in cui l’acqua scorre nello scarico può essere coerente, ciò non è dovuto all’effetto Coriolis.
Quindi cosa hanno visto i turisti?
La stessa logica si applica alle attrazioni equatoriali. Date le dimensioni del sistema, gli oceanografi fisici possono tranquillamente concludere che la forza di Coriolis non è responsabile di ciò che i turisti vedono in quei secchi o ciotole.
Questa conclusione è supportata anche dall’esame dello stesso tipo di presentazione in diversi paesi.
L’acqua nell’emisfero settentrionale ruota in senso antiorario in un video ma in senso orario in un altro video. Se la rotazione fosse dovuta all’effetto Coriolis, il risultato sarebbe lo stesso in entrambi i video.
Sebbene gli oceanografi fisici non possano negare ciò che vedono i turisti, sappiamo che il trucco magico non è dovuto all’effetto Coriolis su scala così piccola.
Autore
Francisco José Machín Jiménez, Borja Aguiar González, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
