By Lucien Silvano Alhanati
Tornados e ciclones
-Vô, tenho lido muito sobre a existência de ventos muito fortes em forma de turbilhão ora chamados de ciclones, ora de tornados que causam grandes danos materiais e muitas mortes. Quais são as causas destes ventos?
-Os ventos em princípio são formados pelo ar em deslocamento de uma região de alta pressão para uma de baixa pressão, da mesma maneira que um gás existente sob pressão numa garrafa de refrigerante gasoso sai para o meio ambiente quando a garrafa é aberta.
-Qual é a causa do movimento de rotação dos ventos?
-A rotação dos ventos é causada pelo movimento de rotação da Terra.
-Como assim?
-Para você entender como a rotação da Terra provoca a rotação dos ventos temos que recordar alguns conceitos básicos de movimentos relativos.
-Eu sei que o movimento de um corpo visto por um observador fixo é diferente do movimento visto por um observador que se movimenta. Estou certa?
-Certíssima. Só para formalizarmos a explicação vamos convencionar chamar o observador fixo de referencial fixo e o observador que se movimenta de referencial móvel. A velocidade do corpo vista pelo observador fixo será chamada de velocidade absoluta e a vista pelo observador móvel é a velocidade relativa.
-Eu sei também que a Segunda Lei de Newton não é válida quando o referencial móvel realiza um movimento com aceleração e/ou um movimento de rotação.
Comprovei isto numa viajem de avião com meus pais. O avião passava por uma região de forte turbulência, tendo o Comandante ordenado que os passageiros colocassem os cintos de segurança. Meu pai tinha tirado os sapatos para folgar os pés quando de repente eles subiram e foram bater no teto. Não havia nenhuma força acelerando os sapatos no seu movimento para cima. Como a Segunda Lei de Newton afirma que as acelerações a são causadas por forças F, tais que F = m.a, ela não explica a subida dos sapatos, ou seja neste caso ela não é válida.
-Tudo se passou então como se alguma força estivesse agindo sobre os sapatos fazendo eles subirem atingindo o teto. É claro que esta força não existe, é uma força fictícia, porem ela será considerada para continuarmos usando a Segunda Lei de Newton e será chamada genericamente de força de inércia.
-Muito bem, mas qual é o motivo dos sapatos terem subido?
-O motivo é que a
turbulência empurrou o avião para baixo com uma aceleração maior que a da
gravidade.
Na realidade o avião, junto com os passageiros, e os sapatos estão caindo,
porem o avião impulsionado pela turbulência desce com uma aceleração maior que a dos sapatos que é igual a
da gravidade, dando a impressão para os passageiros que os sapatos estão
subindo.
-A animação mostra um passageiro preso ao avião descendo com uma aceleração maior que os sapatos, que livres, caem com uma aceleração igual à da gravidade. Os sapatos estão representados por um pequeno retângulo vermelho inicialmente no piso da cabine.
-Uma outra observação
minha mostra que a Segunda Lei de Newton não é válida quando o referencial
móvel é acelerado.
Quando eu estou dentro de um automóvel e ele faz uma curva para a esquerda o
meu corpo se comporta como se fosse empurrado por uma força para a direita,
isto é, para fora da curva.
Agora já sei que esta força é fictícia, ela é uma força de inércia
denominada de força centrífuga.
Você pode me explicar o que ocorre realmente.
-Quando o carro inicia uma curva para a esquerda o seu corpo tende a manter a trajetória retilínea e a impressão que você tem é que o seu corpo está sendo lançado para a direita, quando na realidade é o carro que se desloca para a esquerda.
A animação mostra, numa vista de cima, o que aconteceria com um objeto livre (em vermelho) sobre o piso de um carro quando ele faz uma curva para a esquerda.
-Vamos agora considerar um exemplo de movimento relativo com o referencial móvel em movimento de rotação.
Uma criança, representada pelo círculo azul, está numa posição fixa sobre
um carrossel, representado pelo círculo cinza, que gira no sentido
anti-horário. Uma outra criança, representada pelo círculo vermelho corre em
linha reta para o carrossel.
O movimento das duas crianças visto pelo observador fixo está mostrado na
animação abaixo.
O mesmo movimento visto por um observador fixo (criança representada pelo disco azul) no carrossel (referencial móvel) está mostrado na animação a seguir. Repare que para a criança no carrossel a outra representada pelo disco vermelho realiza um movimento aproximação e de rotação no sentido contrário ao do carrossel. Surgiu então uma força fictícia atuando sobre a criança fora do carrossel produzindo o movimento de rotação, esta força é denominada de força de Coriolis.
-Entendi e como associar este exemplo aos ventos?
-O carrossel girando no sentido anti-horário é associado à Terra vista no hemisfério norte e a criança fora do carrossel é associada aos ventos em deslocamento horizontal. Desta maneira um habitante do planeta, no hemisfério norte, verá os ventos girarem no sentido horário.
-Você se referiu aos ventos no hemisfério norte. O que ocorrerá no hemisfério sul?
-Para um observador no hemisfério sul os ventos girarão no sentido anti-horário.
-Não entendi.
-O observador no hemisfério sul terá uma visão oposta a do observador no hemisfério norte como mostra a figura.
- E na região equatorial?
-Não existem estes ventos.
-E qual é a explicação para o movimento vertical destes ventos?
-O movimento vertical destes ventos deve-se à diferença de densidade entre o ar quente e o ar frio. O ar quente menos denso sobe.
-Ótimo vô, sabia que eu podia contar com você para tirar as minhas dúvidas, obrigadão.