Nuvens não são massas de vapor?

1 de dezembro, 2013 às 18:25 | Postado em Gás e vapor, Mudanças de estado da matéria, Óptica

Prof. Lang

Lendo uma resposta sua sobre a cor das nuvens – Cores estranhas no céu em Cambridge – fiquei surpreso com sua afirmação de que nas nuvens há gotas de água. Eu sempre aprendi que as nuvens eram constituídas somente de vapor de água.

Sem querer duvidar da sua afirmação me ocorreu de lhe perguntar o seguinte: se nas nuvens há água líquida, por que a água não cai já que é mais densa do que o ar? Não estou me referindo a quando chove pois então a água está caindo.

Agradeço antecipadamente o esclarecimento.

O vapor de água no ar é invisível! É somente quando o ar se satura de água, quando começa a condensação da água no ar, quando já existem partículas de água líquida (ou até sólida na forma de pequeníssimos cristais de gelo) em suspensão é que podemos perceber a água no ar.

Portanto não é possível enxergar o vapor de água no ar. Em um bico de chaleira ou panela de pressão que expele um jato forte de vapor é possível notar que a visibilidade da água expelida somente acontece a alguma distância do bico, quando então já se iniciou a condensação do vapor. Se vapor de água fosse visível no ar então sempre deveríamos percebê-lo pois sempre existe vapor de água no ar. Mesmo quando a umidade relativa é elevada, próxima de 100%,  não tendo acontecido a condensação, não visualizamos o vapor no ar. O vapor de água no ar apenas muda um pouco o índice de refração do ar.

A visibilidade da água no ar (partículas de água liquida ou sólida ou de outras substâncias em suspensão) se deve a que partículas com dimensões maiores que o comprimento da luz branca que as ilumina produzem espalhamento (scattering) não preferencial de toda a luz branca. Quando isso acontece vemos no ar uma “fumaça”, neblina, nevoeiro ou cerração cinza ou esbranquiçada.

Assim sendo a parte visível das nuvens é água que já não mais se encontra no estado de vapor.

De fato a água líquida ou sólida cai através do ar PARADO pois é mais densa do que o ar. Entretanto quando um corpo cai através do ar ele finalmente atinge uma velocidade constante (velocidade terminal) quando a força de resistência (arrasto) do ar no corpo se iguala ao peso do corpo.

A velocidade terminal – V – (em milímetros por segundo)  de pequenas gotas de água no ar (gotículas cujas dimensões são suficientes para fazer o espalhamento não preferencial da luz branca e sofrem força de arrasto viscoso devido ao ar) com raio R é aproximadamente 100.000 vezes R ao quadrado, onde R é o raio da partícula em milímetros. Portanto V = 100.000xR^2.

Se calculamos a velocidade terminal de uma gotícula com raio igual a 0,005mm encontramos apenas 2,5 mm/s. Ora, na região onde vemos nuvens facilmente ocorrem correntes de ar ascendentes que são capazes de sustentar gotículas com esta dimensão ou até maiores. Quando as gotas crescem suas velocidades terminais aumentam pois o raio da gotas cresceu (vide a expressão para a velocidade terminal); então de fato percebemos que elas estão caindo, pois as correntes de ar não mais são suficientes para sustentá-las e chove.

Vide também O que mantém os gases que compõem as nuvens juntos?

Sobre granizo vide Velocidade das pedras de granizo ao chegarem ao solo!

Questões relacionadas ao tema da condensação:

Umidade relativa: o que é e como se determina?

Umidade relativa maior do que 100%

Vide também o artigo  Um tema negligenciado em textos de Física Geral: a vaporização da água.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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