Por que as nuvens não caem?
5 de abril, 2024 às 14:28 | Postado em Atmosfera, Mecânica de fluidos
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - IF-UFRGSProfessor Lang, boa noite!
Parece existir um erro importante neste vídeo do Domingos Santos Neto: As Nuvens São Mais Leves Que o Ar.
Como as nuvens podem ser mais leves (menos densas) do que o ar se elas são constituídas por gotículas de água líquida ou sólida e ar? A situação é deplorável pois Sérgio Sacani ao entrevistar o Domingos concordou que as nuvens flutuam no ar por serem menos densas que o ar.
O senhor poderia comentar sobre isto? Agradeço antecipadamente.
A densidade das nuvens é maior do que a do ar (na região onde elas existem) pois são constituídas por pequenas gotículas de água líquida ou sólida no ar. Entre as partículas de água sólida ou líquida existe ar e por isso, mesmo que o volume da nuvem seja enorme, a densidade desse sistema todo (ar mais água líquida ou sólida) é maior do que a do ar naquela região.
É importante notar que 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, que podemos ver nuvens.
A visibilidade da água no ar (partículas de água liquida ou sólida) 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, finalmente atinge uma velocidade constante (velocidade terminal) quando a força de resistência (arrasto) do ar no corpo se iguala ao peso do corpo. Galileu no século XVII já compreendia qualitativamente o papel da força de resistência do ar na queda dos corpos (vide as postagens Galileu1 e Galileu2)
A velocidade terminal de uma partícula de água no ar depende do seu tamanho: quanto menor, menor será a velocidade terminal. As partículas de água líquida ou sólida nas nuvens tem dimensão da ordem de alguns milésimos de milímetro, atingindo velocidades terminais extremamente baixas.
Então se a atmosfera na região onde vemos as nuvens fosse estática, a nuvem muito lentamente estaria descendo. Entretanto na atmosfera ocorrem correntes ascendentes de convecção que podem superar a velocidade terminal das gotículas, fazendo-as “flutuar” no ar.
O entendimento de que nuvens são constituídas por partículas mais densas do que o ar em constante queda em relação ao ar e de que correntes ascendentes de ar suspendem tais partículas remonta a meados do século XIX com James Pollard Espy (1785–1860).
Para mais detalhes sobre a microfísica das nuvens sugere-se consultar o capítulo 6 do livro (disponível gratuitamente em pdf) Atmospheric Science An Introductory Survey J. Wallace, P. Hobbs ( Elsevier, 2006).
Finalmente quero deixar claro que os vídeos do Domingos Santos Neto são, de um modo geral, excelentes e que este equívoco em nada desmerece o conjunto do seu esforço em bem divulgar o conhecimento científico.
“Docendo discimus.” (Sêneca)
Professor, mas não é verdade que já mediram a densidade média de uma nuvem através de satélites e radares, e descobriram que a densidade dela era se não me engano mil vezes menor do que a do ar ao nível do mar? Tinha a ver pois a água líquida e os cristais de gelo na nuvem são muito pequenas e espaçadas entre si, gerando muito volume. Só uma pergunta genuína
A água líquida e os cristais de gelo na nuvem são muito pequenas e espaçadas entre si, gerando muito volume. É verdade mas o que existe entre essas partículas sólidas e líquidas?
A densidade medida é da parte líquida ou sólida de uma nuvem. Entre as partículas de água sólida ou líquida continua existindo ar.
Finalmente, não há sentido em comparar a densidade do ar aqui embaixo com a densidade do ar na altitude da nuvem para decidir se a nuvem “flutua” ou não.
Numa explicação que beirava poesia Luiz Carlos Menezes, aula de História da Física Moderna, “os oceanos de água na atmosfera não caem devido as correntes de convecção”. Elas, as correntes de convecção, são sempre ascendentes. Execelente sua explicação prof. Fernando Lang: 10.