Domanda

Risposta

...il fatto che la terra giri mentre un aereo è in volo produce un qualche effetto sulla durata del volo?

In altri termini un volo che porti dalla costa EST degli Stati Uniti a quella OVEST dura lo stesso tempo del corrispondente volo in direzione opposta? Una diversa durata sarebbe attribuibile al moto di rotazione della terra, o ad altre cause

I tempi necesari per i voli costa ovest-costa est negli Stati Uniti, oppure New York-Roma, oppure Roma-New Dehli, sono largamente inferiori all’andata che non al ritorno. Generalmente il tempo per andare da ovest a est è inferiore a quello del percorso inverso.

Nel considerare il problema proposto è bene chiarire qual è il riferimento prescelto e qual è la velocità della quale stiamo parlando. Se consideriamo un satellite geostazionario, questo si trova in orbita gravitazionale circolare con raggio sei, sette volte quello terrestre, nel piano equatoriale. Questo è quello che vediamo dall’esterno, dal sistema delle stelle. Da terra vediamo che il satellite sta sopra e sta fermo. Per capire la dinamica è preferibile usare il sistema delle stelle. Se invece consideriamo un aereo, il sistema di riferimento è quello della Terra. L’aero, che a differenza del satellite usa i motori, si muove rispetto a terra e comunemente la sua velocità è riferita al suolo.

Ora la Terra è avvolta dall’atmosfera ed è nell’atmosfera che viaggia il nostro aereo. Se l’atmosfera fosse stazionaria, cioè non si muovesse rispetto alla Terra, la velocità dell’aereo rispetto alla Terra o rispetto all’atmosfera sarebbe la stessa. Per quanto riguarda il volo aereo, non ci sarebbe alcun effetto pratico sui tempi di volo. La rotazione della Terra comporta un effetto centrifugo che viene direttamente assorbito nella gravità e un effetto di Coriolis. Per un aereo di linea, 300 metri al secondo, alla latitudine di 45 gradi, l’effetto di Coriolis è circa il doppio di quello centrifugo alla stessa latitudine. Se in 10 secondi l’aereo si sposta di 3 chilometri, per Coriolis subisce una deviazione destra, nell’emisfero settentrionale, inferiore ai 2 metri. Di questo effetto penso che tenga conto il pilota o addirittura il computer di bordo. E di certo non incide sul tempo di volo. Quindi possiamo dire che la rotazione non è causa diretta della differnza nei tempi di volo ovest-est ed est-ovest.

Dobbiamo però tener conto che l’atmosfera non è stazionaria, ci sono i venti e i tempi di volo nelle due direzioni opposte sono differenti, perché comunemente intorno ai 10.000 metri i venti vanno da ovest verso est. Pertanto se l’aero viaggia in favore del vento la sua velocità rispetto alla terra sarà la somma delle sua velocità rispetto all’atmosfera più la velocità del vento; se viaggia contro sarà la differenza. Poiché la velocità del vento può essere intorno ai 20 metri al secondo, vediamo che l’effetto sul tempo di volo può essere dell’ordine del 10%, il che corrisponde con la realtà.

Quindi la risposta alla domanda è: la rotazione non incide direttamente sui tempi di volo, ma attraverso la circolazione dei venti. È la rotazione terrestre che determina la circolazione dei venti che, possiamo dire, ha origine all’equatore dove sale l’aria calda che poi va verso nord (o verso sud). Questa corrente, nell’emisfero nord, subisce poi una deflessione verso est dovuta a Coriolis ed è questo appunto il vento che proviene da ovest. Questa corrente poi, raffreddata, a una certa latitudine ridiscende e torna verso l’equatore. A bassa quota, sul livello del mare, subisce una deflessione verso ovest. I venti di questo tipo sono gli alisei che in inglese vengono chiamati trade-wind: il termine trade ha origine diversa ma è invalso l’uso di riferirlo alle rotte del commercio. Come gà detto, ad alta quota la direzione è opposta, anche se sempre verso destra nell’emisfero nord, ma l’idea è la stessa: ottimizzare l’uso dell’aereo tenendo conto dei tempi e dei consumi. Come la rotazione terrestre influisce sulla circolazione dei venti è un capitolo che rientra nella fisica dell’atmosfera, dello studio delle correnti oceaniche e della meteorologia.

A cura di

Franco Legovini
Dipartimento di Fisica Università di Trieste

Domanda e risposta riprese dal sito di Ulisse: http://ulisse.sissa.it/QuestionAnswerSearch.jsp