4 PRESSO ATMOSFRICA - ? 3 VARIAO COM A ALTITUDE A variao vertical da presso e densidade

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    02-Dec-2018

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    PRESSO ATMOSFRICA CLIMA I PRESSO ATMOSFRICA 1 Entre os vrios elementos do tempo (presso, temperatura, umidade, precipitao, ventos,...) a presso a menos perceptvel fisicamente. Contudo, diferenas de presso de um lugar para outro so responsveis pelos ventos e variaes na presso tm importante influncia na variao do tempo. Como veremos, a presso do ar est intimamente relacionada com os outros elementos do tempo. 1 DEFINIO O ar exerce uma fora sobre as superfcies com as quais tem contato, devido ao contnuo bombardeamento das molculas que compem o ar contra tais superfcies. A presso do ar uma medida de tal fora por unidade de rea. Como definida tal fora para a atmosfera? Embora a atmosfera no tenha paredes, ela confinada na base pela superfcie de terra - oceano e no topo pela fora da gravidade, que impede sua fuga para o espao exterior. Portanto, a presso atmosfrica em uma dada posio usualmente definida como o peso por unidade de rea da coluna de ar acima desta posio. No nvel do mar uma coluna padro de ar com base de 1 cm2 pesa um pouco mais que 1 kg. Tal presso eqivaleria a uma carga de mais de 500 toneladas sobre um telhado de 50m2 . Por que o telhado no desaba? Porque a presso do ar em qualquer ponto no atua apenas para baixo, mas a mesma em todas as direes: para cima, para baixo e para os lados. Portanto, a presso do ar por baixo do telhado contrabalana a presso sobre o telhado. medida que a altitude aumenta, a presso diminui, pois diminui o peso da coluna de ar acima. Como o ar compressvel, diminui tambm a densidade com a altura, o que contribui para diminuir ainda mais o peso da coluna de ar medida que a altitude aumenta. Inversamente, quando a altitude diminui, aumenta a presso e a densidade. 2 A LEI DOS GASES IDEAIS As variveis temperatura, presso e densidade, conhecidas como variveis de estado, so relacionadas nos gases pela chamada lei dos gases ideais. Por definio, um gs ideal segue a teoria cintica dos gases exatamente, isto , um gs ideal formado de um nmero muito grande de pequenas partculas, as molculas, que tem um movimento rpido e aleatrio, sofrendo colises perfeitamente elsticas, de modo a no perder quantidade de movimento. Alm disso, as molculas so to pequenas que as foras de atrao entre elas so omissveis. Embora a lei dos gases tenha sido deduzida para gases ideais, ela d uma descrio razoavelmente precisa do comportamento da atmosfera, que uma mistura de muitos gases. A lei dos gases pode ser expressa como:

    TRp ?? (4.1) onde p, ? e T so presso, densidade e temperatura absoluta. R a constante do gs. Para o ar seco (sem vapor dgua).

    Kkg

    JRd 287? (4.2)

    A lei dos gases afirma que a presso exercida por um gs proporcional a sua densidade e temperatura absoluta. Assim, um acrscimo na temperatura ou na densidade causa um aumento na presso, se a outra varivel (densidade ou temperatura) permanece constante. Por outro lado, se a presso permanece constante, um decrscimo na temperatura resulta em aumento na densidade e vice versa. Pode parecer, a partir do pargrafo anterior, que em dias quentes a presso ser alta e em dias frios ser baixa. Contudo, isto no ocorre necessariamente. A dependncia da presso em relao a duas variveis interdependentes (densidade e temperatura) complica o assunto. Como na atmosfera o volume de ar pode variar, variaes na temperatura afetam a densidade do ar, isto , a densidade varia inversamente com a temperatura. Em termos da lei dos gases isto significa que o aumento da temperatura no normalmente acompanhado por um aumento na presso ou que decrscimo de temperatura no est usualmente associado com presso mais baixa. Na realidade, por exemplo, sobre os continentes em latitudes mdias as presses mais altas so registradas no inverno, quando as temperaturas so menores. A lei dos gases ainda satisfeita porque a densidade do ar neste caso cresce (nmero maior de molculas) quando a temperatura diminui (menor movimento das molculas) e mais do que compensa esta diminuio. Assim, temperaturas mais baixas significam maiores densidades e freqentemente maiores presses na superfcie. Por outro lado, quando o ar aquecido na atmosfera, ele se expande (aumenta seu volume), devido a um movimento maior das molculas e sua densidade diminui, resultando geralmente num decrscimo da presso. 1 Material obtido no site http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/ elaborado pela professora Dra. Alice Marlene Grimm da UFPR.

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    3 VARIAO COM A ALTITUDE

    A variao vertical da presso e densidade muito maior que a variao horizontal e temporal. Para determinar a variao mdia vertical da presso, consideremos uma atmosfera idealizada que representa a estrutura mdia horizontal e temporal da atmosfera, na qual as foras verticais esto em equilbrio. A figura 4.2 mostra a variao da presso da atmosfera padro com a altitude.

    Fig. 4.2

    Em regies montanhosas as diferenas na presso da superfcie de um local para outro so devidas principalmente a diferenas de altitudes. Para isolar a parcela do campo de presso que devida passagem de sistemas de tempo, necessrio reduzir as presses a um nvel de referncia comum, geralmente o nvel do mar. A correo da presso (em milibares) aproximadamente igual altitude zs dividida por 8, ou seja, perto do nvel do mar a presso cai em torno de 1 mb a cada 8 m de ascenso vertical. 4 VARIAES HORIZONTAIS A presso atmosfrica difere de um local para outro e nem sempre devido a diferenas de altitude. Quando a reduo ao nvel do mar efetuada, a presso do ar ainda varia de um lugar para outro e flutua de um dia para outro e mesmo de hora em hora. Em latitudes mdias o tempo dominado por uma contnua procisso de diferentes massas de ar que trazem junto mudanas na presso atmosfrica e mudanas no tempo. Em geral, o tempo torna-se tempestuoso quando a presso cai e bom quando presso sobe. Uma massa de ar um volume enorme de ar que relativamente uniforme (horizontalmente) quanto temperatura e concentrao de vapor dgua. Por que algumas massas de ar exercem maior presso que outras? Uma razo so as diferenas na densidade do ar, decorrentes de diferenas na temperatura ou no contedo de vapor dgua, ou ambos. Via de regra, a temperatura tem uma influncia muito maior sobre a presso que o vapor d gua. 4.4a INFLUNCIA DA TEMPERATURA E DO VAPOR DGUA A temperatura uma medida da energia cintica mdia das molculas. Se a temperatura do ar sobe, suas molculas apresentam maior movimento. Se o ar for aquecido num recipiente fechado, sua presso sobre as paredes internas aumentar, medida que molculas com mais energia bombardearem as paredes com mais fora. A densidade do ar no se alterar. A atmosfera, contudo, no confinada, de modo que o ar livre para expandir-se ou contrair-se. A sua densidade, portanto, varivel. Quando o ar aquecido, o espaamento entre molculas aumenta e a densidade diminui, acarretando queda de presso, pois para volumes iguais o ar quente mais leve que o ar frio. A maior presena de vapor dgua no ar diminui a densidade do ar porque o peso molecular da gua (18,016 kg/mol) menor que o peso molecular mdio do ar (28,97 kg/mol). Portanto, em iguais temperaturas e volumes, uma massa de ar mais mida exerce menos presso que uma massa de ar mais seca.

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    Mudanas na presso podem dever-se adveco de massa de ar ou modificao de massa de ar. A modificao de uma massa de ar (mudanas na temperatura e/ou concentrao de vapor dgua) pode ocorrer quando a massa de ar se desloca sobre diferentes superfcies (neve, solo aquecido, oceano, etc...) ou por modificao local, se a massa estacionria. 4.4b DIVERGNCIA E CONVERGNCIA Alm das variaes de presso causadas por variaes de temperatura e (com menor influncia) por variaes no contedo de vapor dgua, a presso do ar pode tambm ser influenciada por padres de circulao que causam divergncia ou convergncia do ar. Suponha, por exemplo, que na superfcie da Terra, ventos horizontais soprem rapidamente a partir de um ponto, como mostrado na figura (4.3a). Esta situao configura divergncia de ar (horizontal). No centro, o ar descendente toma o lugar do ar divergente. Se a divergncia de ar na superfcie for menor que a descida de ar, ento a densidade de ar e a presso atmosfrica aumentam.

    Fig. 4.3

    Por outro lado, suponha que na superfcie ventos horizontais soprem radialmente em direo a um ponto central, como na figura (4.3b). Este um exemplo de convergncia de ar. Se a convergncia de ar na superfcie for menor que a subida de ar, ento a densidade de ar e a presso atmosfrica diminuem. 5 ALTAS E BAIXAS Aps a reduo das presses superficiais ao nvel do mar, pode-se traar mapas de superfcie nos quais pontos com mesma presso atmosfrica so ligados por linhas chamadas isbaras (Fig. 4.4). As letras A e B designam regies com mximos e mnimos de presso. Por razes apresentadas mais adiante uma alta geralmente um sistema de bom tempo, enquanto uma baixa geralmente sistema de tempo com chuvas ou tempestades.

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    Fig. 4.4

    6 MEDIDAS DE PRESSO ATMOSFRICA A presso atmosfrica medida por barmetros. H 2 tipos bsicos de barmetros: mercrio e aneride. O mais preciso o barmetro de mercrio, inventado por Torricelli em 1643. Consiste de um tubo de vidro com quase 1 m de comprimento, fechado numa extremidade e aberto noutra, e preenchido com mercrio (Hg). A extremidade aberta do tubo invertida num pequeno recipiente aberto com mercrio (Fig. 4.5). A coluna de mercrio desce para dentro do recipiente at que o peso da coluna de mercrio iguale o peso de uma coluna de ar de igual dimetro, que se estende da superfcie at o topo da atmosfera. O comprimento da coluna de mercrio, portanto, torna-se uma medida da presso atmosfrica. A presso atmosfrica mdia no nvel do mar mede 760 mm Hg.

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    Fig. 4.5 - Barmetro de mercrio (esquerda fonte: www.inmet.gov.br)

    O barmetro aneride - sem lquido - menos preciso, porm mais porttil que o barmetro de mercrio. Consiste em uma cmara de metal parcialmente evacuada (Fig. 4.6), com uma mola no seu interior para evitar o seu esmagamento. A cmara se comprime quando a presso cresce e se expande quando a presso diminui. Estes movimentos so transmitidos a um ponteiro sobre um mostrador que est calibrado em unidades de presso. Anerides so freqentemente usados em bargrafos, instrumentos que gravam continuamente mudanas de presso. Como a presso do ar diminui com a altitude, um barmetro aneride pode ser calibrado para fornecer altitudes. Tal instrumento um altmetro.

    Fig. 4.6 - Barmetro aneride (esquerda) e Bargrafo (direita,fonte: www.inmet.gov.br)

    A unidade padro de presso no Sistema Internacional (SI) o Pascal (Pa) (1 Newton/1m2). A presso mdia do ar ao nvel do mar 101,325 KPa ou 1013,25 mb ou 760 mmHg e o intervalo usual de variao est entre 970 mb at 1050 mb. Contudo, j se mediu at 870 mb (no olho do furaco Tip, em 12/10/79) e 1083,8 mb (em gata, na Sibria, em 31/12/68, associada a uma massa de ar muito fria).

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    Sugestes de leitura: Captulo VI do livro: VAREJO-SILVA, M.A. Meteorologia e Climatologia. INMET: Braslia, 2000. 515p. (verso digital disponvel em www.agritempo.gov.br clicar em publicaes e em seguida livros). Captulo II do livro: AYOADE, J.O. Introduo a Climatologia para os trpicos. 3 ed. So Paulo: Bertrand Brasil, 1991. 332p. (traduo Professora Maria Juraci Zani dos Santos) QUESTES DE REVISO

    1) Defina a presso do ar. 2) Por que a maior densidade da atmosfera ocorre adjacente superfcie da Terra? 3) Quando a densidade permanece constante e a temperatura sobe como variar a presso de um gs? 4) Quando gases na atmosfera so aquecidos a presso do ar normalmente cai. Comparando com a sua resposta questo anterior, explique este aparente paradoxo. 5) Qual a presso padro ao nvel do mar em milibars? Em milmetros de mercrio? 6) Como uma regra de almanaque, como o tempo varia quando a presso sobe e desce? 7) Por que as estaes meteorolgicas rotineiramente reduzem a presso da superfcie ao nvel do mar? 8) Explique porque aumentando a concentrao do vapor dgua diminui a densidade do ar. 9) Qual massa exerce uma maior presso na superfcie: uma massa mida e quente ou uma massa fria e seca? Explique. 10) Explique o princpio de funcionamento do barmetro de mercrio e do barmetro aneride. 11) Quais so as vantagens do barmetro aneride? E do barmetro de mercrio? 12) Por que um barmetro tambm um altmetro?