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Sua
majestade ... o barômetro
Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br
Introdução
O tempo meteorológico tem uma
influência marcante sobre a Natureza. Também o bem-estar
social, mental e físico do corpo humano depende, de
maneira acentuada, das variações desse tempo. A nossa
saúde e mesmo a nossa vida muitas vezes são ameaçadas
pelos maus tempos, temporais, trovoadas, etc. O tempo
já decidiu, inúmeras vezes, o destino de povos, a
vitória ou a derrota de nações nas batalhas ou mesmo o
desenvolvimento de uma dada região. Hora por hora, dia
por dia, o tempo tem influenciado as decisões dos
homens. É aconselhável penetrar, então, um pouco na
ciência da previsão do tempo, que é a meteorologia.
Meteorologia
A meteorologia,
hoje em dia, é uma ciência exata, cujos resultados
visíveis para o grande público são os boletins diários
das estações meteorológicas. As previsões destas
estações abrangem, em geral, regiões bastante extensas.
Isto tem seu inconveniente pois, infelizmente, só poderá
indicar o caráter principal do tempo esperado. Por este
motivo, não é de se estranhar o fato corriqueiro de que
o tempo real mostre variações locais contrárias às
previsões. Como complemento aos boletins meteorológicos
tornam-se, pelo que foi dito, também necessárias as
observações locais. Para fazer estas observações, é
relativamente fácil e satisfatório o uso de um
barômetro adequado.
Para evitar erros, é bom
aprender o modo de trabalho desse aparelho
inteligente. Uma vez compreendidas as reações e
correlações dos diversos fatores que determinam o tempo,
é de interesse acertar, sempre com maior precisão, as
previsões do tempo, com a ajuda de um barômetro.
A
pressão do ar e o barômetro
O Globo Terrestre está recoberto por uma
camada de ar, chamada de atmosfera ou de mar
atmosférico. Como toda massa física (mergulhada
num campo de gravidade) o ar também tem peso. O peso do
ar varia sempre e em todos os lugares. A
temperatura e o conteúdo de água são fatores que
afetam o peso do ar. Enquanto o termômetro só indica a
temperatura atual, o higrômetro só mostra a
umidade relativa, o barômetro serve para medir a
pressão do ar, mostrando as condições atmosféricas
vindouras prognosticando, assim, as variações do tempo.
As massas atmosféricas
aquecidas pelo Sol aumentam de volume, empurram as
massas de ar frias e sobem acima delas. Este processo
causa correntes atmosféricas (ventos). A mudança de
temperatura causa chuvas. Nesta luta permanente entre as
massas atmosféricas, formam-se ondas, semelhantes às de
água corrente, cristas e vales ou
turbilhões. O meteorologista chama um crista de ar como
Alta, um vale como Baixa. O peso do ar (ou
a pressão atmosférica) em caso de Alta é maior
do que em caso de Baixa.
Barômetros
Existem barômetros de mercúrio e barômetros
metálicos.
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O primeiro e
mais simples, denominado barômetro de
Torricelli, consiste de um tubo de vidro
de 80 cm. Este tubo, completamente cheio de
mercúrio, é emborcado numa tina, também
contendo mercúrio. Parte do mercúrio passa
do tubo para a tina, deixando uma câmara de
vácuo na parte superior.
Na pressão
atmosférica média, ao nível do
mar, a coluna de mercúrio neste tubo de
vidro fica a 76cm acima do nível do mercúrio
da tina.
Quando
a pressão atmosférica aumenta, mais
mercúrio do recipiente penetra no tubo, ou
seja, o nível de mercúrio no tubo aumenta
¾
popularmente se
diz que o barômetro sobe. Se a
pressão diminui, uma certa quantidade
do mercúrio volta ao recipiente, ou seja, o
nível de mercúrio no tubo diminui
¾
o barômetro
desce.
A altura da
coluna de mercúrio (ou seja, a
pressão atmosférica do momento) neste tubo
de vidro é legível numa escala graduada em
milímetros. |
A pressão atmosférica
média, ao nível do mar, na temperatura de 0o
C, é de 760 mm de mercúrio. É a denominada pressão
normal.
O barômetro de metal (ou
aneróide) consiste de uma câmara metálica (latão) de
paredes delgadas, achatadas e curva em circulo, está
vazia de ar e hermeticamente fechada.
Como é mais comprida por
fora que por dentro, curva-se mais e fecha-se mais
quando aumenta a pressão atmosférica e distende de novo,
por elasticidade, quando a mesma pressão diminuí. É
uma montagem que lembra o conhecido brinquedo denominado
"língua de sogra".
Um sistema de alavancas
transmite estes movimentos (de 1 a 2 mm, no
máximo!), já com a devida ampliação, ao ponteiro que,
por sua vez, gira ao redor de uma escala circular.
Gradua-se este barômetro por comparação com um barômetro
de mercúrio, em geral, com escala em milímetros de
mercúrio. Os barômetros de maior precisão trabalham com
duas câmaras.
Os mapas meteorológicos da
Europa são feitos com indicações em milímetros e
em milibar. Um milibar (mbar) eqüivale a
~
0,75
mm de mercúrio. A Inglaterra
e os EUA calibram os barômetros em polegadas de
mercúrio. Alguns barômetros apresentam suas escalar
tanto em mm de Hg, como em mbar e ainda em polegadas.
Quando a pressão atmosférica
aumenta (Alta), gradualmente o ponteiro
desloca-se para a direita --- o barômetro sobe.
Pelo contrário, quando a pressão diminui (Baixa),
pouco a pouco o ponteiro gira para a esquerda --- o
barômetro desce; o tempo piorará e, provavelmente,
passará a chover. Uma baixa repentina é prognóstico de
tempestade.
Os barômetros de metal são
munidos, muitas vezes, de escala com inscrições sobre
previsão do tempo, como bom tempo, variável,
chuva etc. Entretanto, estas indicações não
correspondem sempre com o caráter do tempo real. O céu
pode, por exemplo, clarear-se, quando o barômetro está
na Baixa e também pode haver tempo chuvoso,
quando o barômetro está na Alta.
O essencial mesmo é a
tendência crescente (para a direita) ou decrescente
(para a esquerda) do ponteiro do barômetro que quase
sempre prognostica as variações do tempo.
Devido, principalmente, à
grande fragilidade de tão comprido tubo de vidro como o
do barômetro de mercúrio e conseqüente grande
dificuldade de transporte, 99,9% dos barômetros em uso
doméstico são de metal que oferecem também vantagem de
regulagem fácil para qualquer altitude e pela facilidade
de sua colocação em qualquer moldura.
Posição absoluta
e reduzida do barômetro
O limite inferior do mar atmosférico é, via
de regra, o nível superior dos mares aquáticos ¾
onde termina o ar começa a água. Ali a coluna de ar é a
mais alta, a massa de ar é a maior, por isto mais
pesada. Se deixarmos o nível do mar e começarmos a
subir, estaremos cada vez mais nos aproximando do limite
superior do mar atmosférico. A cada lance para cima, a
massa atmosférica diminui, ficando mais leve. O corpo
humano sente esta diferença do peso do ar somente em
grandes altitudes. Por meio de um barômetro, porém, ela
pode ser medida com precisão. Levando-se um bom
barômetro da mesa para o chão, o ponteiro gira, acusando
quase um décimo de milímetro de mercúrio, para a
direita. Subindo com o barômetro para o terceiro andar
de um edifício, o ponteiro vira para a esquerda,
acusando queda de pressão de 1 milímetro de mercúrio. A
cada 10 metros de altitude o barômetro desce mais ou
menos 1 mm. Desta forma, cada altitude tem a sua própria
posição média no barômetro.
Um barômetro especial para
medir alturas (altitudes acima do nível do mar) chama-se
altímetro.
Um barômetro ajustado para
indicar a altitude onde ele se encontra mostra sempre
a posição absoluta conforme a altitude. Para a
observação e a previsão do tempo o meteorologista
compara as posições de barômetros instalados em vários
lugares. Como não vale a pena fazer escalas para todas
as altitudes, foi necessário fazer uma
estandardização, ou seja, munir todos os barômetros
com um mesmo tipo de escala. Hoje em dia os barômetros
são ajustados, em geral, à posição reduzida ao nível
do mar. Este sistema é preferível porque muitas
vezes as altitudes são desconhecidas e escalas
giráveis não são mais usadas. O ajuste exato do
ponteiro e o controle dos barômetros em uso são
altamente facilitados pelos mapas meteorológicos
publicados diariamente nos jornais.
Como usar os barômetros
De modo geral o barômetro metálico encontrado em
residências e escolas apresenta dois ponteiros: um preto
e outro dourado.
O preto, que é o que
fornecerá as indicações para a previsão do tempo, deverá
ser ajustado mediante um parafuso (que tem uma fenda na
cabeça) que se localiza atrás do aparelho. Ele permite
um ajuste em função da altitude local. Aparelhos de
procedência alemã já vem pré-ajustado para funcionamento
médio entre altitudes de 0,400 a 800 metros. O ponteiro
preto, em todo caso, deverá ser ajustado para ficar
sempre ao redor dos 760o ( 0 metros).
O dourado, por fora do
aparelho, em cima do vidro, não tem qualquer ligação com
o ponteiro preto. Este ponteiro, que move-se sob a ação
do botão central, serve apenas para saber se houve
alguma alteração na posição do ponteiro preto. É um
ponteiro de referência.
Um
conselho
Ao fazer a leitura da posição do ponteiro preto, em
comparação à posição do ponteiro dourado, dê sempre umas
pancadinhas com os dedos no vidro do aparelho. O
ponteiro preto se deslocará um pouquinho para a
esquerda ou direita. A explicação dessa recomendação é
simples: o barômetro funciona como o nosso ouvido. Ao
subir certas altitudes (ou descê-las), os nossos ouvidos
não se sincronizam, passo a passo, com a altitude na
qual nos encontramos, mas sim, de repente sentimos a
mudança de pressão como se tivéssemos apertado o
tímpano. Assim é o barômetro também.. Ao olhá-lo, a mola
talvez não tenha transmitido inteiramente a mudança.;
uma pancadinha irá aliviá-la.
Dados científicos
Pressão é uma grandeza física escalar que nos
informa como as forças atuam sobre as superfícies. Ela é
calculada pelo quociente entre a intensidade da força
distribuída normalmente sobre a superfície e a área
desta superfície. Simbolicamente: P = F/A.
No Sistema Internacional de
Unidades a pressão é expressa em N/m2 e, a
esta unidade, dá-se o nome de pascal (Pa).
Para a pressão
atmosférica, a força em questão é o peso
do ar (P), que pode ser medido em newtons,
quilogramas-força e dina (unidade em desuso); a
superfície em questão são todas as superfícies
banhadas pelo ar atmosférico, cujas áreas podem ser
medidas em metros quadrados, centímetros quadrados e
milímetros quadrados.
Para pesar o ar que atua
sobre uma área de 1cm2, Torricelli lançou mão
de uma balança de mercúrio. Um dos pratos de
mercúrio (o mercúrio da tina na experiência de
Torricelli) está exposto ao ar atmosférico e, o outro
prato de mercúrio (o mercúrio contido no tubo) está
no vácuo (parte interior, superior, do tubo). Com este
experimento ele verificou que, ao nível do mar e a 0oC,
o peso de uma coluna de ar atmosférico (de altura até a
exosfera) de base 1cm2 é equilibrada por uma
coluna de mercúrio de 760mm de altura e base 1cm2.
O peso (P) de uma coluna de
mercúrio de 760mm de altura e base 1cm2 é
calculado por:
P = m.g = d.V.g = d.h.A.g =
13 600 (kg/m3).0,76
(m).10-4 (m2).9,8 (m/s2)
= 10,1293 N
A pressão exercida pelo peso
desta coluna sobre sua base é calculada por:
P = P/A = 10,1293
(N)/ 10-4 (m2) =
101 293 N/m2 =
101 293 Pa
A pressão atmosférica
normal vale 101 293 Pa.
Outras unidades:
1 baria
= 1 dina/1 cm2 = 0,1 Pa
1 B = 1
bar = 106 barias = 105 Pa
1 mB =1
milibar = 10-3 bar = 103
barias = 100 Pa ~= 0,75 mmHg
1 kgf/m2
= 9,8 N/ 1m2 = 9,8 Pa
1 at = 1
kgf/cm2 = 9,8 N/ 10-4 m2
= 98 000 Pa
1 atm =
760 mmHg = 101 330 Pa = 1 013,3 mB
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