As nuvens podem pesar toneladas, então como elas permanecem no céu?

por Lucas
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Nuvens, essas formações hipnotizantes que adornam o céu, devem sua presença a vários princípios científicos. Um aspecto fundamental da formação de nuvens é o comportamento do ar à medida que interage com a superfície da Terra. O ar próximo à superfície, quando aquecido, começa a subir. Isso ocorre devido à sua menor densidade em comparação com o ar mais frio ao seu redor. Conforme ascende, carrega vapor de água consigo. Esse fenômeno é semelhante ao princípio que eleva os balões de ar quente. Considere como um balão submerso em água se eleva até a superfície; o ar dentro do balão é menos denso que a água ao redor. Da mesma forma, o ar aquecido, menos denso, sobe através do ar mais frio e denso.

No entanto, ao contrário do hélio, que continua a subir até escapar da atmosfera, o ar ascendente carregando vapor de água atinge um ponto onde sua densidade se aproxima da do ar ao redor. Ao esfriar, o vapor de água dentro dessa massa de ar condensa, formando gotículas de água e gelo. Essas gotículas se acumulam em quantidades suficientes para criar as nuvens que observamos. A luz do sol refletida nessas gotículas de água aumenta ainda mais a visibilidade das nuvens.

A composição das nuvens é outro ponto de interesse. As gotículas de água dentro das nuvens constituem apenas uma pequena fração do volume da nuvem. Uma típica nuvem cúmulo, por exemplo, contém cerca de 0,5 gramas de água por metro cúbico. Apesar dessa quantidade aparentemente pequena, o volume imenso das nuvens significa que o conteúdo total de água pode ser bastante substancial. Por exemplo, uma nuvem com um volume de um quilômetro cúbico pode pesar tanto quanto 500.000 quilos.

Entender como uma entidade tão massiva permanece suspensa no céu envolve examinar as propriedades das gotículas de água dentro da nuvem. Essas gotículas não são influenciadas pelo peso total do ar ao redor delas. Em vez disso, sua capacidade de permanecer no alto é governada por suas características individuais, principalmente seu tamanho e o equilíbrio de forças atuando sobre elas.

O conceito de velocidade terminal é central para esse entendimento. A velocidade terminal é alcançada quando a força gravitacional descendente sobre um objeto é equilibrada pela força de arrasto do ar pelo qual ele se move. Para pequenas gotículas de água, essa velocidade terminal é bastante baixa. A grande área superficial em relação à sua massa permite que a força ascendente da resistência do ar (ou força de flutuação) efetivamente contrabalanceie a gravidade. Consequentemente, essas gotículas podem permanecer suspensas, caindo continuamente, mas também sendo empurradas para cima por correntes de ar.

No entanto, esse estado não é permanente. As gotículas de água dentro de uma nuvem tendem a colidir e se fundir, formando gotículas maiores. À medida que as gotículas aumentam de tamanho, seu peso relativo à área superficial aumenta. Quando a gotícula atinge um certo tamanho, a resistência do ar não é mais suficiente para contrabalançar a gravidade. Louis J. Battan, em seu livro “Física das Nuvens”, ilustra isso com especificações: uma gotícula com um raio de 10 micrômetros cai a uma velocidade de 1 cm/seg, enquanto uma gotícula com um raio de 50 micrômetros cai a 26 cm/seg. Uma vez que o raio de uma gota de chuva excede 0,1 milímetros, a resistência do ar ascendente não pode negar a força dagravidade, levando à eventual descida da gotícula como precipitação.

Fonte: IFLScience

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