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Come ruota la Terra? La forza di Coriolis e gli oggetti in rotazione

14 Luglio 2020 di 

Che la Terra ruoti sul proprio asse e insieme giri attorno al Sole è un fatto scontato, ma solo qualche secolo fa a sostenere l’idea si poteva essere accusati di eresia. È ciò che accadde a Galileo, il quale, rispetto ad altri che finirono sul rogo, come Giordano Bruno, se la cavò con una “semplice” abiura. Egli dimostrò in vari modi che l’argomento dei filosofi aristotelici che la Terra fosse immobile al centro dell’Universo, tanto caro alla Chiesa, era fallace, ma non reperì mai una prova in contrario. Ci provò con le maree, attribuendole all’accelerazione del globo terracqueo nel suo moto combinato di rotazione e di rivoluzione, anziché al meccanismo di attrazione gravitazionale da parte della Luna e del Sole. Si sbagliò. In realtà di prove ce ne sono diverse e sono per lo più legate alla presenza della forza di Coriolis, scoperta nel 1838, che si manifesta sui corpi che si muovono su un sistema in rotazione, alterandone la traiettoria.

 

Come ruota una giostra?


Per fare un esempio, si consideri una giostra che ruoti con velocità costante e una persona che da uno dei seggiolini tenti di scagliare una moneta verso l’asse di rotazione. La moneta descriverà una traiettoria incurvata e non colpirà l’asse, come illustrato in figura. La forza di Coriolis, infatti la farà piegare verso destra. Analogamente, se la persona tentasse di percorrere il diametro della piattaforma rotante, perderebbe l’equilibrio per l’effetto combinato della coppia di forze formata da quella di Coriolis e dalla resistenza delle scarpe sul pavimento.

 

 

Giostra vista da sopra

 

 

La rotazione della Terra e il pendolo di Foucault


Sulla Terra avvengono fenomeni analoghi, benché meno appariscenti. Supponiamo di essere al polo Nord e di mettere in oscillazione un pendolo. Trovandosi esso sull’asse di rotazione, nell’arco della giornata, il pendolo descriverà una traiettoria chiusa come quella mostrata nella seconda figura. Piegando sempre a destra, nell’andata si comporterà come la moneta sulla giostra, nel ritorno passerà sul lato opposto dell’asse terrestre.

 

Pendolo al polo N

 

    
Quello descritto non è altro che il pendolo di Foucault, che il fisico francese realizzò nel Pantheon a Parigi nel 1851. È la prova più diretta della rotazione terrestre. A latitudini inferiori, il tempo di percorrenza della traiettoria non è di 24 ore, ma si allunga (a Roma per esempio è di 36 ore).

 

Come funziona il giroscopio


Un’altra dimostrazione importante è quella data dal giroscopio, strumento basato su un corpo rotante attorno al proprio asse. Per una legge fondamentale della fisica – la conservazione del momento angolare – il giroscopio mantiene fisso nello spazio il proprio asse di rotazione. Se dunque si pone in rotazione il giroscopio in un dato punto della Terra, nell'arco della giornata si vede ruotare il suo asse con continuità, fino a riassumere l'orientamento iniziale dopo 24 ore.
Altri fenomeni di cui è responsabile la forza di Coriolis sono le trombe d’aria, i tornadi, i gorghi marini o, in una situazione più familiare, il vortice formato dall’acqua che si precipita nello scarico di un lavandino. L’esperimento è realizzabile nel bagno di casa, ma occorre fare molta attenzione a certi dettagli, in primis che la simmetria del lavandino sia circolare. Se tutto è fatto a regola d’arte, si trova che il senso di rotazione del vortice è orario nell’emisfero Sud e antiorario nell’emisfero Nord.

 

 

Copertina Giroscopio

Andrea Frova

Andrea Frova, nato a Venezia, già Ordinario di Fisica Generale alla Sapienza, ha fatto ricerca nel campo della luce e delle proprietà ottiche dei semiconduttori. È autore di molte pubblicazioni scientifiche nelle maggiori riviste internazionali. Ha anche scritto testi di divulgazione, saggi musicologici e libri di narrativa. Ha vinto il "Premio Galileo per la divulgazione scientifica" nel 2008 con Se l'uomo avesse le ali (Rizzoli-BUR), e il "Premio Città di Como" con il saggio storico-scientifico Newton & Co. - Geni bastardi (Carocci 2015). Il suo ultimo libro è Luce, una storia da Pitagora a oggi (Carocci 2017).

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