Post on 25-Dec-2015
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INTRODUCCIÓN
La atmósfera es uno de los componentes más importantes del clima terrestre. Es el
presupuesto energético de ella la que primordialmente determina el estado del clima
global, por ello es esencial comprender su composición y estructura. Los gases que la
constituyen están bien mezclados en la atmósfera, pero no es físicamente uniforme pues
tiene variaciones significativas en temperatura y presión en relación con la altura sobre el
nivel del mar.
El movimiento de la atmósfera está definido por la resultante de todas las fuerzas que
actúan sobre las parcelas de aire en un momento dado. Algunas fuerzas serán más
importantes que otras, dependiendo de la escala temporal y espacial del fenómeno que se
quiera estudiar. Si los vientos resultantes son promediados en períodos de tiempo, del
orden de varias semanas o meses, las perturbaciones que varían rápidamente, tales
como los fenómenos de escala local (brisas marinas, vientos de montaña, etc.), de meso
escala (tormentas) y sinópticos (ciclones extra-tropicales y huracanes), serán filtrados y
sobresaldrán solo aquellas características que varían lentamente a lo largo de un año y
que tienen una escala espacial de varios miles de kilómetros, con períodos de duración de
varias semanas o meses, dando lugar a lo que se conoce como circulación general de la
Atmósfera. Este fenómeno impulsado por el calentamiento del Ecuador y enfriamiento de
los polos se debe a las transferencias de masas de aire conocidas como momento
angular atmosférico.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Primero partamos de dos pequeñas definiciones:
Momento Angular: El momento angular o momento cinético es una magnitud física
importante en todas las teorías físicas de la mecánica, desde la mecánica clásica a la
mecánica cuántica, pasando por la mecánica relativista. Su importancia en todas ellas se
debe a que está relacionada con las simetrías rotacionales de los sistemas físicos. Bajo
ciertas condiciones de simetría rotacional de los sistemas es una magnitud que se
mantiene constante con el tiempo a medida que el sistema evoluciona, lo cual da lugar a
una ley de conservación conocida como ley de conservación del momento angular. El
momento angular para un cuerpo rígido
que rota respecto a un eje, es la
resistencia que ofrece dicho cuerpo a la
variación de la velocidad angular. En el
Sistema Internacional de Unidades el
momento angular se mide en kg·m²/s.
Esta magnitud desempeña respecto a las rotaciones un papel análogo al momento lineal
en las traslaciones. Sin embargo, eso no implica que sea una magnitud exclusiva de las
rotaciones; por ejemplo, el momento angular de una partícula que se mueve libremente
con velocidad constante (en módulo y dirección) también se conserva.
Vorticidad: La vorticidad es una magnitud física empleada en mecánica de fluidos y en el
mundo meteorológico para cuantificar la rotación de un fluido. Bueno nos centraremos en
sus aportes meteorológicos se habla de vorticidad para indicar la rotación del aire
atmosférico. Se dice que la vorticidad es ciclónica (o positiva) cuando tiene sentido anti
horario, y anticiclónica (o negativa) cuando tiene sentido horario (lo cual se verifica en el
hemisferio norte).
La vorticidad es un campo muy útil
para el pronóstico del tiempo pues
está asociada a la producción de
nubosidad: los campos de
vorticidad positiva son nubosos
mientras que los de vorticidad
negativa están asociados a cielos despejados. Esto se debe a que la vorticidad positiva
está asociada con zonas de baja presión mientras que la negativa con zonas de alta
presión. Por regla general, la alta presión produce divergencia del aire y cielos
despejados, mientras que la baja presión produce convergencia y ascenso de aire lo que
se resume en nubosidad.
Vorticidad y Momento angular en la atmosfera.
Cuando las partículas de aire son arrastradas por el viento a lo largo de cuñas y
vaguadas, presentan no solamente un movimiento de traslación, sino también una
rotación sobre sí mismas. Esto ocurre siempre que haya un cambio en la velocidad
(cortante) o en la dirección del viento. Esta rotación de las partículas sobre sí mismas se
denomina vorticidad relativa. Si a este giro le sumamos la rotación de la Tierra (Coriolis),
la suma de ambas vorticidades se denomina vorticidad absoluta. La vorticidad de la Tierra
es negativa en el hemisferio sur y positivo en el hemisferio norte y varía con la latitud. En
el Hemisferio Sur, el giro en sentido horario indica vorticidad ciclónica (valores negativos),
giro anti horario, indica vorticidad anticiclónica. (Valores positivos).
Todas las cosas que giran poseen "momento angular". El momento angular tiene dos
características: magnitud y dirección. Se puede decir que la magnitud es la fuerza
generada por el movimiento giratorio, y está relacionada con la velocidad a la que gira un
cuerpo y con la masa de ese objeto. Esta fuerza es superior a la resistencia del aire, hasta
que el objeto disminuye la velocidad a la que gira, se detiene, o se enfrenta a una fuerza
más poderosa, tal como la fuerza producida por un viento fuerte o la que se genera si el
objeto golpea la tierra. La dirección del momento angular depende de si el disco gira en
sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. Veamos un ejemplo cotidiano...Por
ejemplo un trompo. Si el trompo no gira se caerá hacia los lados. Cuando da vueltas es
capaz de permanecer bailando sin caerse. Otro ejemplo son Las bicicletas. Si el ciclista se
detiene se le hace muy difícil mantener el equilibrio, sin embargo cuando el ciclista
comienza a pedalear, el momento angular que producen las ruedas hace que sea mucho
más fácil mantener el equilibrio de la bicicleta.
Se expresa al momento angular como el producto entre la masa, la velocidad y la
distancia al eje de rotación: Momento angular = m * v * r
Un concepto físico importante es el del principio de conservación del momento angular.
Hablando de forma intuitiva, se puede interpretar diciendo que todo cuerpo que describe
un movimiento circular tiene una cantidad determinada de energía de rotación que
conserva constante aunque varíen los parámetros que afectan al mismo. Así, tenemos el
conocido ejemplo de un patinador que gira sobre sí mismo. Si desea hacerlo a más
velocidad cierra los brazos, mientras que si desea frenarse los abre; al modificar el radio
de giro moviendo los brazos, modifica también su velocidad, puesto que el producto de
ambos (la masa, evidentemente, no varía) ha de permanecer constante. Lo mismo ocurre
con el sistema que nos atañe que es nuestro planeta (Tierra-Atmósfera). La Tierra y la
atmósfera interactúan entre sí y como resultado de esta interacción se transfieren impulso
angular. La suma de sus momentos angulares deberá ser nula, el momento angular de
todo el sistema permanecerá constante.
Considerando a nuestro planeta como un sistema formado por la Tierra y la atmósfera,
resulta que la interacción entre ambas no debe provocar ninguna variación en el Impulso
angular del sistema. Expresa la física, que dos cuerpos, cada uno con distinto "momento
angular”, interactúan entre sí, entonces el de mayor momento angular transferirá impulso
angular al otro. En otras palabras, uno impulsará al otro. En nuestro caso, son la Tierra y
la atmósfera las que interactúan entre sí (mediante la fuerza de rozamiento) y
mutuamente provocan variaciones en sus momentos angulares (transferencia de impulso
angular), pero la suma de esas variaciones debe ser nula. Es decir, que el impulso
angular total de nuestro planeta debe ser constante.
¿Cómo se transporta el momento angular en la atmósfera?
A través de la celda de Hadley (en el Hemisferio Sur vientos del Noroeste en altura) y en
latitudes medias por medio de las perturbaciones o torbellinos de superficie (altas y bajas)
y de altura (ondas horizontales)
Las ondas, el viento y sus componentes norte-sur y este-oeste a ambos lados de una
vaguada. Puede verse que al norte del Viento máximo, los vientos del noroeste delante de
la vaguada transportan parcelas de aire con mayor componente oeste que los vientos del
sudoeste detrás de la vaguada. Y viceversa, en la onda representada al sur del viento
máximo, los vientos del sudoeste detrás de la vaguada transportan parcelas de aire con
mayor componente oeste que los vientos del noroeste delante de la vaguada. En
consecuencia, se produce una "convergencia" en el transporte de impulso angular el cual
alimenta al máximo de vientos "chorro". Las mencionadas ondas horizontales, no sólo
transportan impulso sino también calor entre el Ecuador y los Polos. Nótese que las
componentes Sur del viento (dirigida hacia el Ecuador), se encuentra en la parte trasera
de la vaguada, generalmente más fría y las componentes norte (hacia el polo) se sitúan
en la parte delantera de vaguada, generalmente más caliente.
CONCLUSIONES
1. El momento angular atmosférico es el resultado de mover una gran masa de aire
a determinad velocidad en un eje específico que se dan por todo el Ecuador y los
principales Meridanos.
2. En la atmosfera este momento se puede realizar de diversas maneras ya sean
verticales y horizontales dándose principalmente en la troposfera la primera capa
de la atmosfera conocida como la capa de los fenómenos meteorológicos.
3. Estos momentos angulares en grandes cantidades origina diversos fenómenos
acompañado de presiones y vientos, que a su vez crean tormentas, huracanes,
tifones, etc.
4. Con el estudio del momento angular atmosférico vemos la aplicación de la cinecia
en la naturaleza y cómo podemos explicar los fenómenos meteorológicos con
leyes físicas.
BIBLIOGRAFÍA
1. La Dinámica Atmosférica - José Jaime Capel Molina
2. Revista de la Unión Geofísica Mexicana - Julián Adem
3. Utilización del momento angular relativo para el estudio de NAO/AO - Universidad
Pablo de Olavide. Departamento de Ciencias Ambientales
4. http://usuario.cicese.mx/~sreyes/LIBRO%20METEOROLOGIA/Meteo8.pdf
5. http://www.tutiempo.net/silvia_larocca/Temas/Vaguadas.htm
6. http://www.geocities.ws/experimet/Exp15.html
7. http://www.meted.ucar.edu/tropical/textbook_2nd_edition_es/navmenu.php?
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