Hollywood bocciata in fisica: I Simpson e la forza di Coriolis

Proseguiamo la serie di articoli sulla fisica dei film prendendo spunto da un episodio dei Simpson intitolato Bart contro l’Australia (stagione 6 episodio 16).

In questa puntata Lisa spiega a Bart che a causa della rotazione terrestre l’acqua dello sciacquone gira in senso antiorario nell’emisfero nord e in senso orario nell’emisfero sud.

Bart non crede alla sorella e per avere una conferma telefona a un bambino australiano creando poi un incidente diplomatico tra gli Stati Uniti e l’Australia.

In una scena viene mostrato come nell’ambasciata americana in Australia ci sia un WC dotato di un complicato meccanismo che fa girare l’acqua in senso antiorario in modo da far sentire gli americani “a casa loro”. Questo marchingegno fa commuovere Homer che intona una canzone patriottica!

Il fatto che l’acqua dei rubinetti o degli sciacquoni ruoti in modo diverso nei due emisferi della terra è una credenza molto diffusa ma non è altro che una leggenda metropolitana… vediamo perché.

Le forze apparenti

In fisica si distinguono due tipi di sistemi di riferimento: i sistemi di riferimento inerziali e quelli non inerziali.

I sistemi di riferimento inerziali sono quelli nei quali vale la legge di inerzia: se su un corpo non agiscono forze allora la sua velocità rimane costante (se è fermo rimane fermo e se si muove la sua velocità non cambia).

Nei sistemi di riferimento non inerziali invece i corpi cambiano la loro velocità (accelerano o decelerano) senza che vi siano delle forze reali che agiscono.

Ad esempio se siamo in piedi su un autobus e l’autista improvvisamente frena, ci sembra che una forza misteriosa ci stia spingendo verso la parte anteriore dell’autobus.

Per chi vede la scena dal marciapiede (sistema di riferimento inerziale) è chiaro che non è presente alcuna forza, ca causa dell’inerzia il nostro corpo vorrebbe solamente procedere sempre alla stessa velocità anche dopo che l’autobus ha frenato.

Tuttavia, se prendiamo come sistema di riferimento l’autobus, possiamo immaginare che nel momento della frenata (il riferimento diventa non inerziale) compaia una forza fittizia, non reale.

In modo analogo, quando l’autobus gira a destra o a sinistra, ci sembra di essere spinti verso sinistra o destra.

La forza di Coriolis

La forza di Coriolis è un tipo particolare di queste forze apparenti che si presentano nei sistemi di riferimento non inerziali e si manifesta nei sistemi di riferimento che sono in rotazione rispetto a un sistema di riferimento inerziale.

Ad esempio se siete su una giostra che sta girando e provate a camminare non riuscirete a spostarvi facilmente. Questo perché nel sistema di riferimento della giostra sono presenti delle forze fittizie, una di queste prende il nome dallo scienziato francese che nell’800 la studiò: Gaspard-Gustave de Coriolis.

Anche la Terra è una sorta di giostra gigante e i corpi che si muovono sulla Terra subiscono quindi l’azione della forza di Coriolis.

La particolarità di questa forza è che se un corpo si muove sulla superficie terrestre essa tende a farlo girare verso destra nell’emisfero nord e verso sinistra nell’emisfero sud.

Questo ha delle conseguenze importanti nel campo della meteorologia. Succede infatti che quando l’aria tende ad andare verso una zona centrale di bassa pressione (ciclone), essa gira in senso antiorario nell’emisfero nord e in senso orario nell’emisfero sud.

Nell’immagine a sinistra le frecce blu indicano la direzione nella quale viene spinta l’aria a causa della bassa pressione (verso il centro). La forza di Coriolis fa “deviare” l’aria verso destra (rispetto alla sua direzione di spostamento) creando un vortice che gira in senso antiorario. Nell’immagine a destra la foto di un ciclone nelle vicinanze dell’Islanda.

Ma allora…

Perché lo sciacquone no?

La forza di Coriolis è molto, molto debole. Così debole che ad esempio non ne abbiamo alcuna percezione quando viaggiamo in auto o in treno.

Essendo molto debole i suoi effetti sono visibili solo se la si lascia agire su distanze molto lunghe o su lunghi periodi.

Sicuramente è troppo debole per avere una qualche influenza nei nostri lavandini o WC, un piccolo movimento iniziale dell’acqua ha un effetto molto maggiore rispetto alla forza di Coriolis per determinare il verso di rotazione.

L’effetto “vortice antiorario” si può ottenere, ma solo in condizioni di grande precisione.

Nel 1962 fu svolto un esperimento a riguardo. Venne usata una grande vasca alta 180 cm riempita con 1100 litri d’acqua che vennero lasciati a riposo per 24 ore in modo ridurre al minimo gli effetti dovuti a movimenti iniziali. Anche il tappo sul fondo venne tolto in modo da non condizionare l’esperimento.

Dopo circa 15 minuti dall’apertura si cominciò a notare una piccola rotazione in senso antiorario dell’acqua che lentamente si trasformò in un vortice (l’esperimento era svolto a Boston e quindi nell’emisfero nord). I risultati vennero pubblicati in un articolo sulla rivista Nature (Bath-Tub Vortex, Ascher H. Shapiro, Nature, Volume 196, Issue 4859, pp. 1080-1081 (1962)).

Conclusioni

Come succede anche in molti altri casi la leggenda metropolitana non è completamente falsa. Prende spunto da un fenomeno reale ma lo distorce e lo semplifica eccessivamente fino a portarlo a delle conseguenze che non sono vere.

Ma se la storia della rotazione dell’acqua è solo una leggenda metropolitana, allora nell’episodio dei Simpson Bart e Lisa subiscono una specie di inversione dei ruoli.

Lisa, che solitamente ha il ruolo di studiosa sempre alla ricerca della verità, fa la parte di un cattivo divulgatore scientifico che spaccia per vera una leggenda metropolitana perché probabilmente non ha approfondito a dovere l’argomento o controllato bene le fonti.

Bart, che di solito ha il ruolo di ragazzino sciocco e superficiale, fa la parte di chi, con un certo spirito critico, non crede ciecamente in quello che gli viene detto e cerca di avere delle prove sperimentali che possano confermare o smentire la teoria, insomma… un vero scienziato!

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