La fuerza de Coriolis

Por Douglas Alberto Gómez Reyes

Sobre Tlaxcala, México (Otoño, 2012).

A finales de Octubre, pasado el medio día, miraba entre cúmulos brillar el lago de Chapala. Horas antes, durante el desayuno frente a la Bahía de Banderas, había charlado con un amigo y compañero de trabajo Ingeniero Geofísico, y aunque nuestra conversación se había centrado entorno a resolución y anisotropía sísmica, entre un sol estival y un cielo azul tomó forma el nombre de Gaspard Gustave Coriolis. La brisa del pacífico me hizo recordar aquél ensayo sobre la fuerza de Coliolis que había escrito a finales de la primavera y que yacía en un cajón de mi escritorio, mismo que ahora transcribo y comparto con ustedes. 



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Que la Tierra rote no es evidente, como tampoco lo es que su forma sea casi una esfera porque de serla, ¿qué pensaría aquél que está en la antípoda? ¿Qué estoy de cabeza? ¡Absurdo! Porque no lo estoy. Y se tiene entonces en apariencia que la única hipótesis que nos salva de esta contradicción es postular un mundo plano y con ello revivir la tortuga mitológica que nada con vigor eterno por el Universo sosteniendo con estoicismo a la Tierra plana que yace sobre los lomos de cuatro magníficos elefantes tipo Atlas.
Vi salir el Sol y ponerse casi doce horas después el día del solsticio de Verano de este año como lo vi en el pasado. Vi salir la Luna en fase llena a las 20:45 horas del 4 de Junio y ponerse a las 07:24 horas del 5 de Junio del presente. He seguido a Marte por el telescopio y más de una vez lo he visto retroceder sobre sus pasos celestes para después retomar el camino andado. Muchas veces he visto a Venus asomarse por el poniente en el amanecer de la noche, y en su complemento al oriente en el amanecer del día. Pero si el Sol, la Luna, Marte, Venus y los demás cuerpos celestes salen y se ponen; la Tierra plana es finita. Y entonces, sin más, uno se pregunta, ¿los sentidos nos engañan?

 Las líneas de arriba bien pueden matizar la historia de la búsqueda de respuestas, que sabemos éstas no surgen o aparecen de forma inmediata. Las preguntas pueden esperar a ser escuchadas durante mucho tiempo para después desplegarse en ideas que parecen no tener conexión. Desde mi primer curso de Física en la preparatoria me atrapó, y con el devenir del tiempo me cautivó, la idea de la razón del cambio, pero lo que revolucionó mi visión del mundo fue la razón de la razón de cambio; la aceleración. Hasta ese momento “ya no bastaba con preguntar si algo cambia, sino, antes bien, cuánto cambia y con qué rapidez” (Dickson, 1975).

 Y fue así como surgió en Invierno, entre un estante, un libro de cuerpo tímido y con título de mea culpa para mostrarme que el cuerpo no lo es todo sino lo que en él se escribe y que la mea culpa no es otra más que la forma como se procede para desdeñar las respuestas de lo que llamase Newton y más tarde Laplace, El sistema del mundo. El título del libro, La Increíble Historia de la Mal Entendida Fuerza de Coriolis, escrito por Pedro Ripa.

 La fuerza de Coriolis es de gran interés geofísico para la comprensión de la dinámica de los océanos y las atmósferas planetarias, y en el histórico-epistemológico por la forma en que se enfrenta el observador de la naturaleza a la pregunta, ¿realidad o apariencia?

 Es necesario mencionar dos puntos: el primero que la naturaleza es tal cual y funciona con independencia de nuestras ideas; el segundo, que la ciencia al final no es más que un volumen grande y siempre creciente de conocimientos y que es nuestra manera de hacernos de respuestas del mundo. Como dice Carl Sagan, “la ciencia está lejos de ser un instrumento de conocimiento perfecto. Simplemente es lo mejor que tenemos” (Sagan, C., 1997).

 Al autor del libro, Pedro Ripa, desde la primera línea hace presente de forma simple la complejidad del asunto al declararse por un tiempo secundado de la idea del efecto Coriolis como algo aparente a causa a la rotación de la Tierra, más hace trabajo de hombre de ciencia al aceptar que si la fuerza de Coriolis es ficticia lo es solo en el papel porque en el mundo físico es real y por tanto se debe buscar una mejor explicación, señalando el punto de partida, “precisar los conceptos de aparente y real” (Ripa, 1996).
 Cierto es que hoy día a la escala en que nos movemos consensamos partiendo de la obra científica de Isaac Newton, que nuestro mundo es un sistema mecánico que obedece leyes simples y fundamentales en todo lugar y en todo tiempo, susceptible de ser descrito matemáticamente. Entender las leyes del movimiento de Newton no es asunto trivial, y tan no lo es que a la humanidad le llevó casi veinte siglos, desde los griegos hasta Newton, obtener una explicación correcta de lo que en apariencia es sencillo y evidente como el movimiento de los cuerpos.

 Empero, la obra de Pedro Ripa entraña un murmullo que me llevó la Primavera desentrañar. Si bien hace más de tres siglos que los Principios Matemáticos de la Filosofía Natural (1687) de Newton fueron publicados, existe la persistencia a una mecánica anterior a la newtoniana, la mecánica de Aristóteles. Lo anterior que en principio parece de alarma, no lo es tanto si consideramos que la Física de Aristóteles es la Física de los sentidos, la Física que nos dice que la Tierra es plana y que no rota, la Física del epiciclo-deferente y las excéntricas y el ecuante. En suma, la Física que bien describe el sistema del mundo, pero fracasa en las predicciones. Si habremos de definir realidad y apariencia, debemos tener siempre presente el hecho que las leyes del movimiento de Newton son opuestas a nuestra intuición primaria.

 Pedro Ripa da cuenta del hecho que, “las fuerzas de Coriolis y centrífuga son aparentes en el sentido de que aparecen al escribir la ecuación de movimiento de Newton en un sistema en rotación, que es un marco de referencia para el que no fue originalmente escrita esa ley” (Ripa,1996). Así, la Física de Newton privilegia la posición del observador, posición que debe ocupar dentro de un marco de referencia estacionario susceptible de medición, con independencia de los hechos que en el ocurran, es decir, un marco de referencia inercial, “ya que los movimientos de los cuerpos en ellos no se aceleran; no hay fuerza actuando contra la inercia de los cuerpos” (Dickson, 1975).

 El asunto de las fuerzas aparentes está entonces en la primera ley de Newton, la ley de la inercia, que bien podemos enunciar de la siguiente manera: todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta a menos que este sea obligado a cambiar por fuerzas externas que actúen sobre él. La ley de la inercia parece acorde con nuestro sentido común pues es parte de nuestra experiencia que un objeto que no se mueve no se moverá hasta ser perturbado, al igual que si se mueve debe seguir así hasta que algo lo altere o detenga. Mas las leyes del movimiento de Newton van más allá de cualquier experiencia que podamos tener. En esto Dickson dice; “por muchas observaciones que hayan apoyado sus predicciones, no es posible derivar de la sola observación las leyes de Newton, ni pueden estas, en sí mismas, ser verificadas por la observación” (Dickson, 1975). Creemos que un cuerpo en movimiento uniforme, sin que alguna fuerza externa interactúe con él, sólo habrá de seguir una trayectoria recta. Sin embargo, la única trayectoria posible para que se verifique el movimiento uniforme es tal que en una escala mucho mayor a la que nos movemos, la distancia del cuerpo en movimiento al observador inercial sea siempre la misma, es decir, una trayectoria circular. Y entonces debemos considerar que parte de la respuesta a la apariencia o la realidad depende de la escala. Asimismo, no debe perderse de vista que al momento en que fuerzas externas actúan sobre un cuerpo las leyes del movimiento dejan de cumplirse, a menos que el observador cumpla estrictamente con su posición inercial, asunto que no ocurre con un observador sobre la superficie terrestre. En el siglo XVII Isaac Newton enlazó la física terrestre con la celeste, y desde entonces la enseñanza de la física ha confiado sobremanera en este hecho, sin al parecer hacer un juicio o crítica de hasta donde extender la aplicación en la Tierra a los cielos, donde la cosmología está salpicada de ejemplos postulando estructuras en la más grande de las escalas sin cautela con la mecánica newtoniana, aunque admito, esta es en primera forma la manera general de proceder de la ciencia.

 Las fuerzas centrífuga y de Coriolis son tan reales como las fuerzas centrípeta y normal, y no son ficticias en el hecho de no existir en la naturaleza. El hecho está en si el observador yace en un marco de referencia inercial o en uno rotacional, y el carácter de realidad o apariencia solo será matemático. Por otra parte, no hay ciencia sin el hombre, sin la concurrencia de capacidad de percepción y análisis. Cierto es que la visión del mundo que se nos presenta desde el surgimiento de la mecánica de Newton es distinta y contra intuitiva de la imagen primaria que creamos en la interacción cotidiana, pero esta nueva imagen se amalgamó por el uso y confianza de nuestros sentidos, al observar y razonar lo que se ve. Por último, dado que el asunto de las fuerzas aparentes está en el corazón de la mecánica newtoniana, su abstracción y su carácter de no intuitiva es la primera de dos partes en la persistencia en la mecánica de Aristóteles; siendo la segunda parte, la forma dogmática y unilateral en la enseñanza de la ciencia sin volver a las páginas de la historia y aprender de cómo nos hacemos de respuestas, vamos, aprendiendo de nuestros errores.