Archive for the ‘Meteorologia’ Category

A Metrologia das Tempestades

21 de janeiro de 2019

Formação de cúmulo-nimbo com formato típico de “bigorna” Photo by Hussein Kefel, licensed under Creative Commons

Estamos em pleno verão, época em que as tempestades costumam se formar com mais frequência. Cerca de 70% das nuvens de tempestade, as famosas cúmulo-nimbo (ou cumulonimbus) ocorrem na primavera e no verão, quando a irradiação solar aquece intensamente a superfície e provoca grande evaporação de água. O interior dessa gigantesca formação de nuvens, cuja base escura é o prenúncio de tempestade, abriga ventos fortíssimos, raios e trovões, granizo e muita água.

A metrologia

Tamanho: As nuvens cúmulo-nimbo são enormes. Podem ter entre 10 km e 20km de diâmetro e chegar a mais de 12 km de altura e, excepcionalmente, atingir 20 km de altitude (um avião comercial voa a uma altitude média de 11 km).

Velocidade dos ventos: rajadas que podem chegar a mais de 100 km/h.

Temperatura: a partir de temperaturas de até a 40 °C próximo ao chão, chegam a 0 °C acima da base, aos 4 000 m de altitude, e até a 70 °C negativos no topo.

Precipitação (chuva): Cumulonimbus podem precipitar mais de 60 mm/h. Significa que em apenas 10 minutos a chuva produz uma lâmina de água de 10 mm de altura por metro quadrado. Em uma área de apenas 4 km² esse volume de água equivale a 40 000 000 litros, ou seja, 16 piscinas olímpicas.

Tempo de vida: O ciclo médio de vida entre a formação e a dissipação do cumulonimbus varia entre 30 min a 40 min.

Raios e trovões

Os raios e trovões são um capítulo à parte. As nuvens se eletrificam a partir da colisão entre cristais de gelo, água e granizo no seu interior. A maioria das descargas elétricas fica restrita ao interior da nuvem, mas cerca de 20% delas tocam o solo. Quando ocorre um relâmpago (parte luminosa visível do raio), a tensão elétrica associada pode chegar a 100 milhões de volts, e a corrente elétrica pode chegar a 30 kA (trinta quiloamperes), suficiente para acender 300 000 lâmpadas de LED de 800 lúmens!

Parte dessa energia é convertida em calor. A temperatura do canal ionizado, criado pelo percurso da descarga, é de 30 000 °C (mais de cinco vezes a temperatura na superfície do Sol, que é de, aproximadamente, 5 500 °C .  O calor expande o ar ao seu redor de maneira repentina e, após a descarga, o ar se resfria rapidamente e se contrai abruptamente. A brusca expansão e contração da massa de ar produz as ondas sonoras características do trovão.

Dependendo da intensidade do raio, da topografia do local e da distância, o trovão pode ser percebido como um simples estampido de curta duração ou por um ribombar cujas frequências ficam entre os 20 Hz a 120 Hz (20 hertz a 120 hertz), ou seja, sons muito graves. Próximo ao local da descarga o trovão pode exceder os 120 dB (cento e vinte decibels), um nível de potência sonora equivalente a uma banda de “heavy metal”. A propósito, o decibel (cujo plural pode ser decibels ou decibéis) é uma unidade logarítmica “em uso com o SI”.

A duração média do raio é cerca de 0,2 s (dois décimos de segundo). Como a velocidade da luz na atmosfera é de 1 080 000 000 km/h (arredondados) e a velocidade do som é de apenas cerca de 1 200 km/h (quase um milhão de vezes menor), nós vemos o relâmpago antes de escutarmos o trovão.

Mitos

Os raios e os trovões gerados pelas tempestades sempre despertaram o temor e a curiosidade, e aparecem com frequência em muitos mitos e lendas das antigas civilizações. Uma das mais pitorescas crenças da Europa medieval, e que perdurou até um passado recente, afirmava que a presença do sino protegia contra os raios, e o seu badalar os repelia. Acontece que na maioria das aldeias a igreja ou capela era a construção mais alta, e o campanário que abrigava o sino ficava muito exposto aos raios.

 

O sino, por esse motivo, protegia de fato a aldeia na medida em que recebia a maioria dos raios, mas a crença de que estes eram repelidos pelo dobrar dos sinos acabou vitimando centenas de monges incautos. Essa crença era tão arraigada que muitos sinos traziam uma gravação em seu corpo com a seguinte frase, em latim: Vivos voco, mortuos plango, fulgura frango. A frase significa: Convoco os vivos, pranteio os mortos, rompo os relâmpagos.

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A Neve e a Metrologia

10 de dezembro de 2014

campo de neve

Sim, sabemos que no Brasil a neve é pouco comum. Além disso, estamos em pleno verão! Nesta época o inverno está no hemisfério norte. Mas acontece que as paisagens nevadas do Natal pertencem à nossa cultura e são reforçadas pelo cinema e pelas tradições do velho continente. Ou seja, a neve vive no nosso imaginário e não é possível ignorá-la nesses dias de Papai Noel. Então, vamos falar de neve!

O processo de formação de um floco de neve é semelhante ao de uma gota de chuva, isto é, o vapor d’água presente na atmosfera se fixa em torno de uma partícula sólida em suspensão (pode ser sal, poeira e até bactérias!) formando um pequeno cristal de gelo.

Cristais de neve: fotos de Wilson Bentley (domínio público)

Os cristais se formam muito pequenos, com cerca de 3 µm a 5 µm. Um micrometro (não confundir com micrômetro, que é um instrumento de medir coisas pequenas) equivale a um milésimo de milimetro. Os cristais “crescem” e chegam a até uns 3 mm. O modo como as moléculas de água se organizam determina a forma hexagonal do cristal.

A nuvem precisa estar com temperatura abaixo de zero para formar neve. Alterações na temperatura e na umidade afetam o tamanho e forma do cristal.  Os famosos cristais em forma de estrela exigem temperaturas entre -22  °C e -10 °C  e maior umidade. Uma vez precipitada, a neve se acumula sobre a superfície. A neve recém precipitada tem densidade entre 30 kg/m³ a 50 kg/m³. Neves mais antigas e compactadas por sucessivas precipitações atingem 200 kg/m³, enquanto o gelo tem densidade de 900 kg/m³. A melhor neve para esquiar é a nova e fofa (powder), enquanto a pior é a neve já intensamente solidificada (icy).

Metrologia e Meteorologia: O Anemômetro

21 de setembro de 2011

Anemômetro com hélice e catavento (foto wikipédia)

O nome anemômetro vem do grego “anemós”, que significa vento. Medir a velocidade e direção dos ventos é fundamental em meteorologia, sobretudo para prever o tempo climático.

Anemômetro de Conchas

Os tipos mais comuns de anemômetro são os de conchas e os de hélice. Ambos obedecem ao mesmo princípio de medição, ou seja, a passagem do ar pelas conchas ou pela hélice faz com que estas girem com velocidade proporcional à velocidade do vento. O movimento desses dispositivos é, por sua vez, transmitido a um sistema de registro, que pode ser mecânico, elétrico ou eletrônico. O sistema precisa ser calibrado para que registre corretamente a velocidade, e isto é feito em um túnel de vento.

O anemômetro de hélice fixo precisa de um catavento acoplado de modo a posicioná-lo contra o vento. Os anemômetros registram as velocidades em metros por segundo ou quilômetros por hora. O anemômetro fixo mais utilizado é o de conchas.

Os cataventos são muito antigos e ainda são usados na Europa, no telhado das casas, para indicar a direção do vento e deixar a propriedade mais charmosa. É muito fácil e divertido fabricar um catavento com hélice em casa. Já o anemômetro não é tão simples, pois o problema não é captar o vento, mas criar um dispositivo que registre a sua velocidade corretamente.

Metrologia e Meteorologia: O Pluviômetro

13 de setembro de 2011

Pluviômetro doméstico

O nome pluviômetro é formado pela palavra latina pluvia (chuva) mais o termo grego metro. É um instrumento extremamente simples e, também, muito antigo.

O pluviômetro mede a quantidade de água da chuva em milímetros de altura por metro quadrado. Sim, é uma notação um pouco estranha, mas já vamos explicar.

Para se ter uma boa idéia da quantidade de chuva que cai num lugar, a maneira mais simples é imaginar que a chuva não escorre ou se infiltra no solo, mas permanece ali como uma lâmina de água. Se medirmos a altura dessa lâmina de água em milímetros, teremos, ao mesmo tempo, uma boa noção intuitiva de quanto choveu, além de podermos calcular essa quantidade em litros.

O cálculo é, também, bastante simples. Uma lâmina d’água com um milímetro de altura, que ocupe um metro quadrado de área, terá um milhão de milímetros cúbicos. Isso equivale a mil mililitros, ou seja, um litro!  Então, quando ouvimos dizer que choveu10 milímetros em algum lugar, podemos imaginar que a precipitação acumulou uma lâmina d’água ideal de 10 milímetros (um centímetro) de altura, o que equivale a um volume de 10 litros em cada metro quadrado de superfície.

A partir desse conceito já dá para imaginar um método de medir a quantidade de chuva:  Basta colocar ao relento uma vasilha cuja abertura (boca) seja igual ao fundo, esperar chover e, depois, medir com uma régua quantos milímetros de altura tem a lâmina d’água acumulada no fundo da vasilha. Pois bem, isso é um pluviômetro!

Pluviômetro de Báscula ou Pluviógrafo.

É claro que os pluviômetros usados pelos meteorologistas têm construção mais sofisticada, mas o princípio é exatamente o mesmo. Na verdade, a meteorologia moderna utiliza o pluviômetro automático de báscula ou pluviógrafo, aparelho bem mais complexo que registra mecânica ou eletronicamente os níveis de precipitação obtidos durante a operação do instrumento. Entretanto, se você quiser instalar o seu próprio pluviômetro no quintal, não se esqueça de verificá-lo imediatamente após cada chuva, caso contrário a água contida no aparelho poderá evaporar e falsear a leitura.

Metrologia e Meteorologia: O Barômetro

8 de setembro de 2011

No último post falamos sobre o higrômetro, instrumento que mede a umidade do ar. Agora, só para continuar no mesmo assunto, nós vamos falar do barômetro, aquele aparelho que mede a pressão atmosférica.

O barômetro foi inventado por Evangelista Torricelli em 1.643! Para compreender o seu funcionamento é bom recordar que pressão atmosférica é a força que a camada de ar que envolve a Terra exerce sobre uma superfície. Embora muito leve, o ar tem massa, ou seja, ar pesa! Por isso a pressão ao nível do mar é maior do que no topo de uma alta montanha.

O experimento de Torricelli, que deu origem ao barômetro de mercúrio, é bastante simples. Ele pegou um tubo de vidro bem estreito (capilar) com 1000 milímetros de comprimento (um metro), fechado numa das extremidades. Colocou mercúrio (HG) no tubo e o emborcou  dentro de uma cuba que também continha mercúrio. Resultado, o mercúrio contido no tubo escorreu para a cuba e parou na marca de 760 mm.

O barômetro de mercúrio continua em uso, pois embora não seja prático é muito preciso. Já o barômetro aneroide funciona mediante a pressão exercida numa câmara metálica. É menos preciso, mas é portátil e, por isso, é usado nos aviões para medir a altitude (nesse caso é chamado de altímetro).

Utiliza-se o barômetro para estudar o clima, inclusive previsão do tempo climático. Sim, a gente sabe que a previsão do tempo não inspira muita confiança. O barômetro ajuda bastante, pois quando a pressão atmosférica cai, existe uma boa chance de chover, nevar ou cair uma tempestade. Na verdade, prever o tempo é uma coisa muito complicada, não basta conhecer a pressão atmosférica. São necessários muitos outros parâmetros, como temperatura, nebulosidade, velocidade e direção dos ventos etc. A vida dos nossos quase homônimos, os meteorologistas, não é nada fácil.

Embora possamos medir a pressão atmosférica em milímetros de mercúrio, como fez  Torricelli, ou em milibares, atmosferas etc. os meteorologistas, a exemplo dos metrologistas, utilizam o pascal, pois esta unidade de medir é adotada pelo SI. Assim, 760 mmHG equivalem a uma atmosfera, 1013,25 milibares ou, mais propriamente, 101.325 pascais.

Metrologia e Meteorologia: Higrômetro

5 de setembro de 2011

Termômetro e Higrômetro Digital

O inverno costuma ser uma estação fria e seca, isto é, chove pouco e o ar fica com baixa umidade relativa. Isso provoca desconforto em todo mundo e problemas de saúde principalmente nas crianças, idosos e nas pessoas que sofrem de doenças respiratórias.

Quando falamos em umidade relativa estamos nos referindo à quantidade relativa de vapor d’água presente na mistura de gases que compõem a atmosfera. Existe um limite para a quantidade de vapor d’água contida no ar. Num dado ambiente, o máximo de vapor d’água que o ar consegue reter é 4% do seu volume total, o que é chamado de saturação.

Um patamar confortável de umidade relativa deve ficar em torno de 45%. A Organização Mundial de Saúde recomenda valores entre 50% e 60%.  Umidade relativa de 50% equivale a 2% de vapor d’água na atmosfera. Por isso, umidade relativa de 30% exige atenção, e menos de 20% é preocupante, pois a quantidade de vapor d’água contida no ar é muito pequena.

O aparelho que mede umidade do ar é o higrômetro (não confundir com hidrômetro, instrumento de medir volume de água). O higrômetro tem o seu funcionamento baseado em algum material higrófilo, ou seja, que tenha capacidade de absorver a umidade atmosférica. O mais conhecido é o cabelo humano. O cabelo aumenta ou diminui de comprimento em função da umidade do ar, o que levou à invenção do higrômetro de cabelo. Bastava atar uma extremidade do cabelo a um ponto fixo e a outra a um ponteiro. Simples e eficiente.

Hoje, os modernos higrômetros digitais usam sais de lítio e se baseiam na variação da condutividade elétrica desses sais em função da quantidade de umidade que absorvem. De qualquer modo, é bom manter-se informado sobre a umidade relativa do ar para se proteger da secura excessiva. Se você puder, compre um higrômetro e um umidificador de ar. Ou, pelo menos, tome bastante líquido e coloque vasilhas e toalhas embebidas em água no ambiente onde você vai dormir.