Raio, Trovão e Relâmpago
Este fenômeno produz um clarão conhecido como relâmpago e também uma onda sonora chamada trovão.
Alguns afirmam que foram os raios que, ao causar incêndios tiraram os primatas das árvores e mais tarde mostraram aos primeiros humanos a importância do fogo.
Desde a antiguidade os raios encantam e assombram a humanidade com seu aspecto ameaçador e ao mesmo tempo intrigante, que acabou por ser incorporado nos mitos e lendas como elemento de demonstração da existência de deuses poderosos como o grego Zeus e o nórdico Thor, por exemplo.
Benjamin Franklin comprovou a hipótese da origem elétrica dos raios concebendo os pára-raios com a finalidade de proteger as edificações da ação dos raios.
Foi no século XVIII praticamente o início do estudo sistemático da eletricidade. Naquela época não se conhecia uma teoria que explicasse o fenômeno das tempestades e os raios que nelas se manifestavam.
Definição
Um raio é um fenômeno em que para acontecer é preciso que existam cargas opostas entre uma nuvem e o chão, quando isso acontece, a atração é muito forte, então temos uma enorme descarga elétrica.
Existem três tipos de raios classificados pela sua origem, também menos comumente chamados descargas iônicas ou atmosféricas:
Da nuvem para o solo.
Do solo para a nuvem.
Entre nuvens.
A descarga ocorre no momento em que as cargas elétricas (Quantidade de íons: cátions ou ânions) atingem energia suficiente para superar a rigidez dielétrica do ar, de forma explosiva, luminosa e violenta.
O processo ainda não se encontra totalmente esclarecido, havendo controvérsias sobre seu mecanismo de formação, mas sabe-se que, na maioria dos casos, a descarga ocorre após uma concentração de cargas, no qual pode-se falar em centros de concentração, e prossegue em duas fases distintas:
Distribuição da ocorrência de descargas elétrica no planeta.
Na primeira libertam-se da nuvem várias descargas menores a partir do ar ionizado, criando o precursor da descarga: uma corrente iônica tanto maior quanto mais se aproxima do solo, favorecendo assim o trajeto do raio em formação. O precursor pode ser predominantemente ascendente ou descendente, pois, depende da natureza dos íons que formam a nuvem iônica. Ao ocorrer de um precursor aproximar-se do outro centro de cargas, este induzirá uma formação de um precursor oposto.
Quando o precursor completa o contato entre os centros de cargas, ocorre no sentido inverso ao longo daquele trajeto uma corrente aniônica, ou catiônica, dependendo da carga. É esta segunda descarga que vemos e ouvimos, e que irá contribuir para equilibrar as cargas iônicas da nuvem e do solo.
É comum de ocorrer mais de uma descarga através de um mesmo canal, no qual o ar encontra-se parcialmente ionizado. Estas descargas subsequentes são usualmente mais fracas que a primeira descarga.
Em geral, as descargas verticais normalmente predominam na frente de uma tempestade, tomando-se por base o sentido de seu deslocamento.
Os raios horizontais se formam na parte de trás, também levando-se em conta o sentido de deslocamento das massas de ar. Estas estão sempre presentes em qualquer trovoada, e aquecem localmente o ar até temperaturas muito elevadas.
O aquecimento do ar causa a expansão explosiva dos gases atmosféricos ao longo da descarga eléctrica, resultando numa violenta onda de choque (ou de pressão), composta de compressão e rarefacção, que interpretados como "trovão".
Uma tempestade (em algumas regiões, dá-se a nomenclatura "trovoada") típica produz três ou quatro descargas por minuto, em média.
Raios em Oradea na Romênia
O canal de descarga possui um diâmetro estimado de 2 a 5 cm e é capaz de aquecer o ar até 30.000 °C em alguns milisegundos. Apenas 1% da energia do raio é convertida em ruído (trovão) sendo o resto libertado sob a forma de luz. O raio é uma manifestação de plasma, no qual sua condutividade permite o escoamento da eletricidade entre os centros de carga.
Um raio completamente formado pode conduzir correntes em torno de 10 a 80 kA, mas existem registros em torno de 250 kA, sendo que um raio trabalha com uma tensão elétrica da ordem de 10 MV. A forma da corrente é unidirecional, sendo de polaridade negativa na maioria das ocorrências. A corrente de um impulso atinge seu máximo em , em média, tendo uma duração total do impulso em torno de . A duração total da descarga varia entre 0.1 a 1000 ms. Uma descarga pode liberar entre 1 a 40 C de carga elétrica e podendo dissipar uma potência elétrica de até 100 MW.
Formação das descargas
Na formação da nuvem, ocorrem ciclos de estado da água, que ascende até o topo da nuvem, passa para forma de gelo (incluindo neve e granizo), caindo e voltando para o estado líquido. Neste ciclo ocorre a troca de cargas entre as partículas de água, havendo desequilíbrio e concentrações. Notavelmente observa-se um centro de cargas negativas na parte inferior da nuvem, seguido por um centro de cargas positivas na parte central.
Em um limiar de concentração de cargas, e consequentemente a concentração de campo elétrico, ocorre o efeito de avalanche de Townsend, no qual cargas elétricas são liberadas, chocando-se com outras partículas, realizando um encadeamento do processo que irá ionizar o ar. Juntamente com a avalanche, o meio é ionizado pela própria radiação que emite (fotoionização), no qual alimentará a formação de núcleos que formarão o canal da descarga.
A ionização propaga-se em direção ao solo, tendo o nome de precursor descendente. Eventualmente, as cargas elétricas do solo serão induzidas, no qual formarão um processo similar de ionização, chamado de precursor ascendente.
A formação do canal assume um caminho tortuoso, pois é altamente probabilístico (pequenas variações de partículas e cargas no ar), além de assumir ramificações.
Eventualmente os precursores ascendente e descendente se encontrarão, fechando desta forma um circuito elétrico entre nuvem e solo. Neste instante ocorre a fase intensa da descarga, no qual o canal será violentamente aquecido, transformando-se em plasma, elevando desta forma sua condutividade elétrica e possibilitando sustentar a corrente elétrica.
Após a condução parcial da carga elétrica da nuvem, na forma de um impulso rápido, o canal conduzirá uma corrente menos intensa, chamada corrente de continuidade. A seguir, canal se resfriará, finalizando o primeiro impulso.
É comum a ocorrência de novos impulsos pelo mesmo canal de descarga, após um intervalo da ordem de 10 ms. A duração total da descarga, entre impulsos e intervalos, pode chegar a 1 s.
Múltiplos raios em Swifts Creek, Austrália.
As ondas sonoras geradas pelo movimento das cargas elétricas na atmosfera são denominadas trovões. O trovão é resultado da rápida expansão do ar em virtude do aumento da temperatura do ar por onde o raio passa.
Formação
O trovão é uma onda sonora provocada pelo aquecimento do canal principal durante a subida da descarga de retorno. Devido a alta variação de temperatura no canal, e a subsequente variação da pressão a sua volta, o ar aquecido se expande e gera duas ondas: a primeira é uma violenta onda de choque supersônica, com velocidade várias vezes maior que a velocidade do som no ar e que nas proximidades do local da queda é um som inaudível para o ouvido humano; a segunda é uma onda sonora de grande intensidade a distâncias maiores. Essa constitui o trovão audível.
Da nuvem para o solo.
Do solo para a nuvem.
Entre nuvens.
Raio deixando área sem luz.
Os meios de propagação dos trovões são o solo e o ar. A frequência dessa onda sonora, medida em Hertz, varia de acordo com esses meios, sendo maiores no solo. A velocidade do trovão também varia com o local onde se propaga. O trovão ocorre sempre após o relâmpago, já que a velocidade da luz é bem maior que a do som no ar. O que escutamos é a combinação de três momentos da propagação da descarga no ar: primeiro, um estalo curto (um som agudo ensurdecedor) gerado pelo movimento da descarga de retorno no ar. Depois, um som intenso e de maior duração que o primeiro estalo, resultado da entrada ou saída da descarga no solo e por último, a expansão de sons graves pela atmosfera ao redor do canal do relâmpago. Podemos ter uma percepção do som diferente, mas essa ordem é a mesma.
Logo, é muito perigoso ficar próximo ao local de queda de um relâmpago. A energia acústica ou energia sonora gasta para provocar esses estrondos é proporcional a frequência do som. A maior parte dela, cerca de 2/3 do total, gera os trovões no solo e o restante (1/3) provoca som do trovão no ar. Mesmo assim, eles costumam ser bem violentos, como podemos perceber. Por causa da frequência, os trovões no ar são mais graves (como batidas de bumbo). Aqueles estalos característicos dos trovões, os sons bastante agudos, além de dependerem da nossa distância à fonte, se relacionam com as deformações do canal e de suas ramificações. Quanto mais ramificado o canal, maior o número de estalos no trovão. Se o observador estiver próximo do relâmpago (a menos de 100 metros, por exemplo) o estalo será parecido a de uma chicotada. Isso está associado a onda de choque que antecede a onda sonora.
Duração
A duração dos trovões é calculada com base na diferença entre as distâncias do ponto mais próximo e do ponto mais afastado do canal do relâmpago ao observador. Por causa dessa variação de caminhos, o som chega aos nossos ouvidos em instantes diferentes. Em média, eles podem durar entre 5 e 20 segundos.
Brasil
Raios durante uma tempestade na Lapa, em São Paulo.
O Brasil é o país no qual mais se registra o acontecimento de raios em todo o mundo. Por ano, cerca de 50 milhões de raios atingem o território brasileiro, estima o Elat (Grupo de Eletricidade Atmosférica), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. É o dobro da incidência nos Estados Unidos, por exemplo. Cada descarga representa um prejuízo de R$ 10 para o setor de energia. Ao todo, os raios causam um prejuízo de R$ 1 bilhão anual à economia do Brasil, apurou o Elat. O setor elétrico é o que acumula mais perdas, com cerca de R$ 600 milhões por ano. Depois seguem os serviços de telecomunicações, com prejuízo de cerca de R$ 100 milhões por ano. Também são atingidos os setores de seguro, eletroeletrônicos, construção civil, aviação, agricultura e até pecuária. Os raios também foram responsáveis por 236 mortes no Brasil em 2008 – o recorde da década.
Segundo o Elat, de 2000 a 2009, 1.321 pessoas morreram atingidas por raios no Brasil. O estudo aponta para a média de 132 mortes por ano. O Sudeste foi a região onde mais pessoas morreram (29%), seguido pelo Centro-Oeste (19%), Norte (17%), Nordeste (18%) e Sul (17%). A maior parte das mortes ocorre na zona rural (61%), contra 26% na zona urbana, 8% no litoral e 5% em rodovias .
Uma explicação para essa grande quantidade de raios deve-se ao tamanho do território, condições climáticas e a ausência de grandes elevações no seu relevo.
A cidade brasileira que mais recebe descargas elétricas é Teresina, capital do Piauí — chegando a ser a terceira cidade do mundo onde mais acontecem sequências de descargas elétricas. Por esta razão, a região recebe a curiosa denominação de "Chapada do Corisco".
A física das tempestades e dos raios
Foram contabilizadas 1435 descargas elétricas no território
capixaba nesta terça. Já são 153 mil pessoas enfrentando problemas com a chuva.
Muitos trovões, raios, temporal e ventania na Grande
Vitória. Em Cariacica, árvores caíram, uma casa e um carro ficaram destruídos.
Em Viana, a situação dos moradores ainda está bem complicada. Nas ruas, pilhas
de móveis danificados. A Defesa Civil do município informou que está
percorrendo todos os bairros. Só no bairro Ipanema, 145 casas foram
interditadas.
Durante a tempestade que atingiu o Espírito Santo nesta
terça-feira (15), foram contabilizados 1435 descargas elétricas no território
capixaba. A informação é do Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat) do
Instituto Nacional de pesquisas Espaciais (Inpe). No último sábado, o céu do
Estado foi cortado pelos raios por 1114 vezes.
INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Neste artigo explicam-se diversos aspectos sobre a física
envolvida na formação de nuvens de tempestades e relâmpagos, fenômenos que por
milhares de anos assustaram a humanidade e com os quais devemos ter alguns
cuidados.
Como as nuvens se formam?
A origem de uma nuvem está no calor que é irradiado pelo Sol atingindo a
superfície de nosso planeta. Este calor evapora a água que sobe por ser menos
denso que o ar ao nível do mar. Ao encontrar regiões mais frias da atmosfera o
vapor se condensa formando minúsculas gotinhas de águas que compõem então as
nuvens.
Basta então calor e umidade?
Não. Na atmosfera a temperatura do ar diminui com a altura. Dependendo de quão
rápida é esta diminuição, o crescimento de uma nuvem pode ser acelerado ou
inibido.
Alguns outros fatores podem também dar uma “mãozinha” para que a nuvem cresça:
as montanhas, onde ventos batem forçando o ar quente subir, e as frentes frias,
camadas de ar frio que funcionam como uma cunha empurrando o ar quente para
cima. Sabemos ainda que para o vapor tornar-se uma gotinha d’água ele precisa
encontrar na atmosfera partículas sólidas sobre as quais se condensar. Essas partículas
estão sempre em suspensão no ar, mesmo nas regiões onde o ar é muito puro.
Todas as nuvens produzem relâmpagos?
Não. Somente as nuvens de tempestades, conhecidas como cumulus-nimbus, possuem
os ingredientes necessários para produzir relâmpagos: ventos intensos, grande
extensão vertical e partículas de gelo e água em diversos tamanhos.
Que aspecto têm as nuvens de tempestade?
Nuvens de tempestade em Ji-Paraná, RO
Normalmente têm a sua base escura, pois a luz solar é absorvida e espalhada
pelas partículas de água e gelo de que são formadas. O seu topo muitas vezes
atinge a base da estratosfera (camada da atmosfera logo acima da troposfera,
onde vivemos). Ao atingir a base da estratosfera, a nuvem não consegue mais
subir, pois a temperatura nessa camada tende a aumentar devido à absorção do
ultravioleta pela camada de ozônio. Assim ela se espalha horizontalmente na
direção dos ventos nessa altitude, fazendo que a nuvem tenha o aspecto de uma
bigorna.
As nuvens de tempestade geralmente estão associadas a: chuvas torrenciais e
enchentes, granizo ou “chuva de pedra”, ventos intensos ou “rajadas de vento”,
e eventualmente os temíveis tornados. A quantidade de energia envolvida em
apenas uma tempestade modesta é assustadora.
Ela é várias vezes superior à energia liberada pela primeira bomba atômica
detonada em um deserto dos Estados Unidos em 1945. A diferença é que a bomba
atômica libera toda sua energia em uma fração de segundo, enquanto uma
tempestade o faz durante um período de muitos minutos ou várias horas.
Qual o efeito das tempestades sobre o clima?
As tempestades são como grandes trocadores de calor. Ou seja, o ar que próximo
ao chão encontrava-se, em dias de verão, a quase 40°C, pode ser transportado
até o topo da tempestade onde pode chegar com a temperatura de -70°C. Existem
estimativas de que o nosso planeta sem essas nuvens trocadoras de calor teria uma
temperatura média 10°C maior.
Por que as nuvens se eletrificam?
Chuva de granizo cobriu de gelo ruas de Barueri,
Ainda não há uma teoria definitiva que explique a
eletrificação da nuvem. Há, no entanto, um consenso entre os pesquisadores de
que a eletrificação surge da colisão entre partículas de gelo, água e granizo
no interior da nuvem. Uma das teorias mais aceitas nos diz que o granizo, sendo
mais pesado, ao colidir com cristais de gelo, mais leves, fica carregado
negativamente, enquanto os cristais de gelo ficam carregados positivamente.
Isso explicaria o fato de a maioria das nuvens de tempestade ter um centro de cargas
negativas embaixo e um centro de cargas positivas na sua parte superior.
Algumas nuvens apresentam também um pequeno centro de cargas positivas próximo
à sua base.
Por que existem relâmpagos?
Quando a concentração de cargas no centro positivo e negativo da nuvem cresce
muito, o ar que os circunda já não consegue isolá-los eletricamente. Acontecem
então descargas elétricas entre regiões de concentração de cargas opostas que
aniquilam ou pelo menos diminuem essas concentrações. A maioria das descargas
(80%) ocorre dentro das nuvens, mas como as cargas elétricas na nuvem induzem
cargas opostas no solo, as descargas podem também se dirigir a ele.
Quando e quem descobriu que os raios eram enormes descargas (faíscas)
elétricas?
Franklin, fazendo da eletricidade um brinquedo
Em 1752, Benjamin Franklin propôs uma experiência para
verificar se as nuvens possuíam eletricidade. Sugeria que uma pessoa subisse no
alto de uma montanha em um dia de tempestade e verificasse se de uma haste
metálica isolada do chão pulariam faíscas em direção aos dedos da sua mão. Era
uma experiência arriscadíssima que ele mesmo não a realizou, talvez por não
haverem montanhas suficientemente altas na Filadélfia, onde morava. Quem a realizou
pela primeira vez foi Thomas François Dalibard, na França, em maio de 1752. Um
mês depois, sem saber do sucesso da experiência na França, Franklin conseguiu
uma maneira de a realizar na Filadélfia. Em um dia de tempestade empinou uma
pipa e observou faíscas pularem de uma chave amarrada próximo da extremidade da
linha à sua mão. Tanto uma como outra experiência não devem ser repetidas por
ninguém. Várias pessoas morreram tentando repeti-las!
Como funciona o pára-raios?
Um pára-raios nem atrai nem repele os raios. Ele também não descarrega a nuvem
como pensava Benjamin Franklin. Ele simplesmente oferece ao raio um caminho
fácil até o solo que é ao mesmo tempo seguro para nós e para o que pretendemos
proteger.
Quais os tipos de relâmpagos?
Aqueles que tocam o solo (20%) podem ser divididos em descendentes (nuvem-solo)
e ascendentes (solo-nuvem).
Os que não tocam o solo podem ser basicamente de três tipos: dentro da nuvem,
da nuvem para o ar e de uma nuvem para outra. O tipo mais freqüente dos raios é
o descendente.
O raio ascendente é raro e só acontece a partir de estruturas altas no chão
(arranha-céus) ou no topo de montanhas (torres, antenas). Os raios ascendentes
têm sua ramificação voltada para cima.
O que é um raio bola?
Raio bola
Costuma desaparecer silenciosamente ou acompanhado de uma explosão.
Existem raios positivos e negativos?
Sim. Os raios têm a sua polaridade atribuída conforme o tipo de carga que
neutralizam na nuvem. Portanto, se um raio neutralizar cargas negativas na
nuvem ele é um raio negativo. Na prática não pode mos dizer com certeza se um
raio é positivo ou negativo a não ser com o auxílio de instrumentos
adequados.mos dizer com certeza se um raio é positivo ou negativo a não ser com
o auxílio de instrumentos adequados.
Quais as fases de um raio?
Um raio começa com pequenas descargas dentro da nuvem. Estas descargas liberam
os elétrons que começarão seu caminho de descida em direção ao solo. Esse
caminho de descida é tortuoso e truncado em passos de 50 metros, como que
buscando o caminho mais fácil. Esta busca de uma conexão com a terra é muito
rápida (330.000 km/h) e pouco luminosa para ser visto a olho nu.
Quando essa descarga, conhecida como ‘líder escalonado’, encontra-se a algumas
dezenas de metros do solo, parte em direção a ela uma outra descarga com cargas
opostas, chamada de ‘descarga conectante’. Forma-se então o que é conhecido
como o canal do raio, um caminho ionizado e altamente condutor. Por ele passa
um gigantesco fluxo de cargas elétricas denominado ‘descarga de retorno’. É
neste momento que o raio acontece com a máxima potência, liberando grande
quantidade de luz.
O raio pisca?
Se houver cargas disponíveis na nuvem, uma outra descarga intensa (chamada
‘subseqüente’) pode acontecer logo após a primeira. Aproximadamente metade dos
raios possui descargas subseqüentes. Eles são chamados de raios múltiplos. Em
média o número de descargas subseqüentes em raios múltiplos é três, mas já
foram observadas mais de 50 descargas subseqüentes em um mesmo raio. O tempo
entre uma descarga e outra é às vezes suficientemente longo possibilitando ao
olho humano ver não uma, mas várias descargas acontecendo no mesmo local; é
quando vemos o raio piscar.
Sobe ou desce?
As duas coisas. Se pensarmos em termos das cargas elétricas que fluem no raio,
concluiremos, como foi explicado anteriormente, que as cargas descem um bom
trecho do caminho antes de se encontrarem com uma descarga que parte do solo
subindo em direção a ela para formar o caminho do raio.
Por que os raios se ramificam?
A primeira descarga do raio geralmente apresenta-se muito
ramificada pois no seu caminho até o solo as cargas elétricas buscam o caminho
mais fácil (em termos de menor resistência do ar) e não o mais curto (que seria
uma linha reta). O caminho mais fácil, geralmente em ziguezague, é determinado
por diferentes características elétricas da atmosfera, que não é homogênea.
Qual a duração de um raio?
Um raio composto de várias descargas pode durar até 2 segundos. No entanto,
cada descarga que compõe o raio dura apenas frações de milésimos de segundo.
Qual a sua voltagem e corrente?
A voltagem de um raio encontra-se entre 100 milhões a 1 bilhão de Volts. A
corrente é da ordem de 30 mil Ampères, ou seja, a corrente utilizada por 30 mil
lâmpadas de 100W juntas. Em alguns raios a corrente pode chegar a 300 mil
Ampères!
Qual a energia envolvida em um raio?
Grande parte da energia de um raio é transformada em calor, luz, som e ondas de
rádio. Apenas uma fração dela é convertida em energia elétrica. Sabemos que a
duração de um raio é extremamente curta, assim, apesar dos grandes valores de
corrente e voltagem envolvidos a energia elétrica média que um raio gasta é de
300kWh, ou seja, aproximadamente igual à de uma lâmpada de 100W acesa durante
apenas quatro meses.
É possível utilizar a energia de um raio?
Para que pudéssemos utilizar essa energia, necessitaríamos não só capturá-la
mas também armazená-la, o que é ainda impossível. Para capturar raios seria
necessária uma quantidade muito grande de hastes metálicas para aumentar a chance
de que fossem atingidas. No entanto, encontram-se em andamento pesquisas que
tentam drenar as cargas elétricas das nuvens de tempestade com o auxílio de
potentíssimos raios laser. A ideia é tentar, com o auxílio do laser, guiar o
raio até um local onde fosse possível armazenar a sua energia.
Qual a sua espessura e comprimento?
O raio pode ter até 100km de comprimento. Raios com esse comprimento geralmente
envolvem mais de uma nuvem de tempestade. Apesar de seu grande comprimento, a
espessura do canal de um raio é de apenas alguns centímetros.
Qual a temperatura de um relâmpago?
A temperatura é superior a cinco vezes a temperatura da superfície solar, ou
seja, a 30.000 graus Celsius. Quando um raio atinge e penetra solos arenosos a
sua alta temperatura derrete a areia, transformando-a em uma espécie de tubo de
vidro chamado fulgurito.
O que é o trovão?
Muita gente acha que o trovão é o barulho causado pelo choque entre nuvens.
Esta idéia é errada e muito antiga. Lucrécio (98-55 a.C.) acreditava que tanto
o raio como o trovão eram produzidos por colisões entre nuvens. Na verdade é o
rápido aquecimento do ar pela corrente elétrica do raio que produz o trovão.
Assim como uma corrente elétrica aquece a resistência de nossos aquecedores, a
corrente do raio, ao passar pelo ar (que é um péssimo condutor), aquece-o e ele
se expande com violência, produzindo um som intenso e grave. Nos primeiros
metros a expansão ocorre com velocidade supersônica. Um trovão intenso pode
chegar a 120 decibéis, ou seja, uma intensidade comparável à que ouve uma
pessoa nas primeiras fileiras de um show de rock.
Como saber se o raio “caiu” perto?
A luz produzida pelo raio chega quase que instantaneamente na vista de quem o
observa. Já o som (trovão) demora um bom tempo, pois a sua velocidade é
aproximadamente um milhão de vezes menor. Para saber a que distância aconteceu
o raio, comece a contar os segundos ao ver o seu clarão e pare de contar ao
ouvir o seu trovão. Divida o número obtido por três e você terá a distância
aproximada do raio até você em quilômetros. Essa conta se explica se tivermos
em conta que a velocidade do som é de aproximadamente 330m/s, ou seja, um terço
de quilômetro por segundo.
Se o raio dura apenas frações de segundo, porque o trovão é tão longo?
O som do trovão inicia-se com a expansão do ar produzida pelo trecho do raio
que estiver mais próximo do observador e termina com o som gerado pelo trecho
mais distante (sem considerar as reflexões que possa ter).
Como vê-se, o canal do raio pode ter dezenas de quilômetros. Assim, o som
gerado por uma extremidade que esteja muito distante pode chegar dezenas de
segundos depois de ouvirmos o som gerado por um trecho do canal que estiver
mais próximo.
A que distância pode-se ouvir o trovão?
Um trovão dificilmente pode ser ouvido se o raio acontecer a uma distância
maior do que 25 quilômetros. Isso deve-se à tendência que o som tem de
curvar-se em direção a camadas de ar com menor temperatura (refração). Como a
temperatura da atmosfera geralmente diminui com a altura, o som do trovão
curva-se para cima passando por cima do observador.
Além da luz, o raio produz alguma outra radiação?
Além de produzir luz, o raio produz ondas eletromagnéticas em várias outras frequências,
inclusive raios-X. É comum ouvirmos ruídos e chiados ao sintonizarmos uma rádio
AM em dia de tempestade. Isso ocorre porque o raio também produz ondas nesta
faixa de frequência. Graças a essa característica, antenas sincronizadas podem
localizar o local de sua ocorrência com precisão simplesmente recebendo a onda
eletromagnética produzida pelos raios.
Uma grande dificuldade no estudo dos raios é não poder reproduzi-los em
laboratório. Como a natureza não avisa onde e quando o raio vai ocorrer, uma
maneira alternativa de estudá-lo consiste em provocar o raio para que aconteça
próximo aos instrumentos de medida e no momento em que estiverem preparados.
Para que isso aconteça, foguetes especialmente preparados são lançados em
direção à base de uma nuvem de tempestade. Eles têm aproximadamente 1 metro de
comprimento e levam consigo uma bobina de fio de cobre que se desenrola ao
longo da subida. O fio de cobre atua como um gigante pára-raios cuja presença
induz a ocorrência do raio. A corrente elétrica do raio passa pelo fio e por
instrumentos de medida na base de lançamentos.
Outras medidas podem ser feitas também ao redor da base. Raios induzidos foram
feitos pela primeira vez no Brasil na sede do INPE em Cachoeira Paulista, em
novembro de 2000.
Mitos
Os raios e os trovões aparecem com constância nos mitos das civilizações do
passado. Profetas, sábios, escribas e feiticeiros os interpretavam como
manifestações divinas, considerados principalmente como reação de ira contra as
atitudes dos homens. Nas mãos de heróis mitológicos e de divindades eram
utilizados como lanças, martelos, bumerangues, flechas ou setas para castigar e
perseguir os homens pecadores.
Há mais de cinco mil anos, os babilônicos acreditavam que o deus Adad carregava
um bumerangue em uma de suas mãos. Ao ser lançado provocava o trovão. Na outra
mão empunhava uma lança. Quando arremessada produzia os raios. Para os antigos
gregos, os raios eram lanças produzidas pelos gigantes Ciclopes, criaturas de
um olho só. Elas eram feitas para que Zeus, o rei dos deuses, as atirasse sobre
os homens pecadores e arrogantes. Como a mitologia grega foi migrada e adaptada
à romana, a interpretação dada aos raios não sofreu muita alteração entre os
romanos. O rei dos deuses, Júpiter, também tinha o hábito, como Zeus, de enviar
raios (lanças) sobre os homens. Minerva, a deusa da sabedoria, no lugar de
Ciclopes, era quem abastecia Júpiter com esta poderosa arma. Entre os nórdicos,
que viviam no norte da Europa, Thor era o deus do trovão e dos raios. O som do
trovão era provocado pelo movimento das rodas de sua carruagem e os raios
podiam ser vistos quando Thor arremessava seu martelo.
Inúmeras versões sobre proteção contra raios foram criadas por mitos e crenças
populares. Acreditava-se, por exemplo, que havia árvores que atraíam raios,
enquanto outras as repeliam. O grande deus romano, Júpiter, tinha como símbolo
o carvalho, árvore alta e majestosa, constantemente atingida por raios. Por
outro lado, acreditava-se no poder de proteção do loureiro, arbusto também
encontrado na região do Mediterrâneo, cujos ramos e folhagens eram utilizados
sobre a cabeça de imperadores e generais romanos. O loureiro era considerado um
meio de proteção contra a ira dos deuses da tempestade que, presumia-se,
invejavam os generais pelas vitórias e conquistas de seus exércitos. Outra
crença, muito difundida na Europa Medieval, dizia que o badalar dos sinos das
igrejas durante as tempestades afastaria os raios. A superstição perdurou por
muito tempo. Muitos campanários de igreja foram atingidos e mais de uma centena
de tocadores de sino foram mortos acreditando em tal idéia. A superstição perde
força somente no início do século XVIII.
Outra crença popular mais antiga considerava a pedra-de-raio um talismã para
proteção pessoal e de residências entre povos europeus, asiáticos e americanos.
No nordeste brasileiro, a pedra-de-raio é conhecida até hoje como
pedra-de-corisco, por influência dos portugueses do século XVI. A pedra seria
trazida pelo raio, cuja força meteórica a enterraria. A origem de tal
superstição está baseada na falsa idéia de que um local não pode ser atingido
duas vezes pelo mesmo raio, mas a explicação para a origem destas idéias pode
estar relacionada com achados de utensílios e armas de pedra polida de povos
mais antigos. Sabe-se que os etruscos e, mais tarde, os romanos da antigüidade
usavam a pedra (pontas de flechas e de martelos) em colares como amuleto.
Ficavam à mostra no pescoço, mas também eram colocadas nas casas e no telhado
com o intuito de ficar a salvo dos raios. Na Bahia, os escravos africanos
acreditavam que a pedra-santa-bárbara, como chamavam a pedra-de-raio,
desprendia-se da atmosfera durante as tempestades. Ela teria poderes curativos
e por isso era utilizada em preparos de remédios para diversas doenças.
As superstições sobre raios e também sobre os meios de proteção permanecem
presentes na vida moderna. Uma delas afirma que espelhos atraem raios, por
isso, durante as tempestades, devem ficar cobertos com um pano. Outra defende
que raios não atingem um mesmo local duas vezes.
Evite acidentes
Para evitar acidentes com relâmpagos as regras de proteção pessoal listadas
abaixo devem ser seguidas. Se possível, não saia para a rua ou não permaneça na
rua durante as tempestades, a não ser que seja absolutamente necessário. Nestes
casos, procure abrigo nos seguintes lugares:
- carros não conversíveis, ônibus ou outros veículos metálicos não
conversíveis;
- em moradias ou prédios, de preferência que possuam proteção contra
raios;
- em abrigos subterrâneos, tais como metros ou túneis;
- em grandes construções com estruturas metálicas;
- em barcos ou navios metálicos fechados;
- em desfiladeiros ou vales.
Se estiver dentro de casa, evite:
- usar telefone, a não ser que seja sem fio;
- ficar próximo de tomadas e canos, janelas e portas metálicas;
- tocar em qualquer equipamento elétrico ligado a rede elétrica.
Se estiver na rua, evite:
- segurar objetos metálicos longos, tais como varas de pesca, tripés e tacos de
golfe;
- empinar pipas e aeromodelos com fio;
- andar a cavalo;
- nadar;
- ficar em grupos.
Se possível, evite os seguintes lugares que possam oferecer pouca ou nenhuma
proteção contra raios:
- pequenas construções não protegidas, tais como celeiros, tendas ou
barracos;
- veículos sem capota, tais como tratores, motocicletas ou bicicletas;
- estacionar próximo a árvores ou linhas de energia elétrica.
Se possível, evite também certos locais que são extremamente perigosos durante
uma tempestade, tais como:
- topos de morros ou cordilheiras;
- topos de prédios;
- áreas abertas, campos de futebol ou golfe;
- estacionamentos abertos e quadras de tênis;
- proximidade de cercas de arame, varais metálicos, linhas aéreas e
trilhos;
- proximidade de árvores isoladas;
- estruturas altas, tais como torres, linhas telefônicas e linhas de energia
elétrica.
Se você estiver em um local sem um abrigo próximo e sentir seus pêlos
arrepiados ou sua pele coçar, está indicando que um raio está preste a cair,
portanto, ajoelhe-se e curve-se para frente, colocando suas mãos nos joelhos e
sua cabeça entre eles. Não se deite no chão.
Autor: Dr. Marcelo M. F. Saba, msaba@dge.inpe.br
A cidade brasileira que mais recebe descargas elétricas é Teresina, capital do Piauí — chegando a ser a terceira cidade do mundo onde mais acontecem sequências de descargas elétricas. Por esta razão, a região recebe a curiosa denominação de "Chapada do Corisco".
A física das tempestades e dos raios
Foram contabilizadas 1435 descargas elétricas no território
capixaba nesta terça. Já são 153 mil pessoas enfrentando problemas com a chuva.
Muitos trovões, raios, temporal e ventania na Grande
Vitória. Em Cariacica, árvores caíram, uma casa e um carro ficaram destruídos.
Em Viana, a situação dos moradores ainda está bem complicada. Nas ruas, pilhas
de móveis danificados. A Defesa Civil do município informou que está
percorrendo todos os bairros. Só no bairro Ipanema, 145 casas foram
interditadas.
Durante a tempestade que atingiu o Espírito Santo nesta
terça-feira (15), foram contabilizados 1435 descargas elétricas no território
capixaba. A informação é do Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat) do
Instituto Nacional de pesquisas Espaciais (Inpe). No último sábado, o céu do
Estado foi cortado pelos raios por 1114 vezes.
INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Neste artigo explicam-se diversos aspectos sobre a física
envolvida na formação de nuvens de tempestades e relâmpagos, fenômenos que por
milhares de anos assustaram a humanidade e com os quais devemos ter alguns
cuidados.
Como as nuvens se formam?
A origem de uma nuvem está no calor que é irradiado pelo Sol atingindo a superfície de nosso planeta. Este calor evapora a água que sobe por ser menos denso que o ar ao nível do mar. Ao encontrar regiões mais frias da atmosfera o vapor se condensa formando minúsculas gotinhas de águas que compõem então as nuvens.
Basta então calor e umidade?
Não. Na atmosfera a temperatura do ar diminui com a altura. Dependendo de quão rápida é esta diminuição, o crescimento de uma nuvem pode ser acelerado ou inibido.
Alguns outros fatores podem também dar uma “mãozinha” para que a nuvem cresça: as montanhas, onde ventos batem forçando o ar quente subir, e as frentes frias, camadas de ar frio que funcionam como uma cunha empurrando o ar quente para cima. Sabemos ainda que para o vapor tornar-se uma gotinha d’água ele precisa encontrar na atmosfera partículas sólidas sobre as quais se condensar. Essas partículas estão sempre em suspensão no ar, mesmo nas regiões onde o ar é muito puro.
Todas as nuvens produzem relâmpagos?
Não. Somente as nuvens de tempestades, conhecidas como cumulus-nimbus, possuem os ingredientes necessários para produzir relâmpagos: ventos intensos, grande extensão vertical e partículas de gelo e água em diversos tamanhos.
Que aspecto têm as nuvens de tempestade?
Nuvens de tempestade em Ji-Paraná, RO
Estas nuvens são enormes. Elas têm sua base em 2 ou 3km e o
topo em até 20km de altitude! Podem ter 10 ou mesmo 20km de diâmetro.
Normalmente têm a sua base escura, pois a luz solar é absorvida e espalhada pelas partículas de água e gelo de que são formadas. O seu topo muitas vezes atinge a base da estratosfera (camada da atmosfera logo acima da troposfera, onde vivemos). Ao atingir a base da estratosfera, a nuvem não consegue mais subir, pois a temperatura nessa camada tende a aumentar devido à absorção do ultravioleta pela camada de ozônio. Assim ela se espalha horizontalmente na direção dos ventos nessa altitude, fazendo que a nuvem tenha o aspecto de uma bigorna.
As nuvens de tempestade geralmente estão associadas a: chuvas torrenciais e enchentes, granizo ou “chuva de pedra”, ventos intensos ou “rajadas de vento”, e eventualmente os temíveis tornados. A quantidade de energia envolvida em apenas uma tempestade modesta é assustadora.
Ela é várias vezes superior à energia liberada pela primeira bomba atômica detonada em um deserto dos Estados Unidos em 1945. A diferença é que a bomba atômica libera toda sua energia em uma fração de segundo, enquanto uma tempestade o faz durante um período de muitos minutos ou várias horas.
Qual o efeito das tempestades sobre o clima?
As tempestades são como grandes trocadores de calor. Ou seja, o ar que próximo ao chão encontrava-se, em dias de verão, a quase 40°C, pode ser transportado até o topo da tempestade onde pode chegar com a temperatura de -70°C. Existem estimativas de que o nosso planeta sem essas nuvens trocadoras de calor teria uma temperatura média 10°C maior.
Por que as nuvens se eletrificam?
Normalmente têm a sua base escura, pois a luz solar é absorvida e espalhada pelas partículas de água e gelo de que são formadas. O seu topo muitas vezes atinge a base da estratosfera (camada da atmosfera logo acima da troposfera, onde vivemos). Ao atingir a base da estratosfera, a nuvem não consegue mais subir, pois a temperatura nessa camada tende a aumentar devido à absorção do ultravioleta pela camada de ozônio. Assim ela se espalha horizontalmente na direção dos ventos nessa altitude, fazendo que a nuvem tenha o aspecto de uma bigorna.
As nuvens de tempestade geralmente estão associadas a: chuvas torrenciais e enchentes, granizo ou “chuva de pedra”, ventos intensos ou “rajadas de vento”, e eventualmente os temíveis tornados. A quantidade de energia envolvida em apenas uma tempestade modesta é assustadora.
Ela é várias vezes superior à energia liberada pela primeira bomba atômica detonada em um deserto dos Estados Unidos em 1945. A diferença é que a bomba atômica libera toda sua energia em uma fração de segundo, enquanto uma tempestade o faz durante um período de muitos minutos ou várias horas.
Qual o efeito das tempestades sobre o clima?
As tempestades são como grandes trocadores de calor. Ou seja, o ar que próximo ao chão encontrava-se, em dias de verão, a quase 40°C, pode ser transportado até o topo da tempestade onde pode chegar com a temperatura de -70°C. Existem estimativas de que o nosso planeta sem essas nuvens trocadoras de calor teria uma temperatura média 10°C maior.
Por que as nuvens se eletrificam?
Chuva de granizo cobriu de gelo ruas de Barueri,
SP, em setembro de 2007
Ainda não há uma teoria definitiva que explique a
eletrificação da nuvem. Há, no entanto, um consenso entre os pesquisadores de
que a eletrificação surge da colisão entre partículas de gelo, água e granizo
no interior da nuvem. Uma das teorias mais aceitas nos diz que o granizo, sendo
mais pesado, ao colidir com cristais de gelo, mais leves, fica carregado
negativamente, enquanto os cristais de gelo ficam carregados positivamente.
Isso explicaria o fato de a maioria das nuvens de tempestade ter um centro de cargas negativas embaixo e um centro de cargas positivas na sua parte superior. Algumas nuvens apresentam também um pequeno centro de cargas positivas próximo à sua base.
Por que existem relâmpagos?
Quando a concentração de cargas no centro positivo e negativo da nuvem cresce muito, o ar que os circunda já não consegue isolá-los eletricamente. Acontecem então descargas elétricas entre regiões de concentração de cargas opostas que aniquilam ou pelo menos diminuem essas concentrações. A maioria das descargas (80%) ocorre dentro das nuvens, mas como as cargas elétricas na nuvem induzem cargas opostas no solo, as descargas podem também se dirigir a ele.
Quando e quem descobriu que os raios eram enormes descargas (faíscas) elétricas?
Isso explicaria o fato de a maioria das nuvens de tempestade ter um centro de cargas negativas embaixo e um centro de cargas positivas na sua parte superior. Algumas nuvens apresentam também um pequeno centro de cargas positivas próximo à sua base.
Por que existem relâmpagos?
Quando a concentração de cargas no centro positivo e negativo da nuvem cresce muito, o ar que os circunda já não consegue isolá-los eletricamente. Acontecem então descargas elétricas entre regiões de concentração de cargas opostas que aniquilam ou pelo menos diminuem essas concentrações. A maioria das descargas (80%) ocorre dentro das nuvens, mas como as cargas elétricas na nuvem induzem cargas opostas no solo, as descargas podem também se dirigir a ele.
Quando e quem descobriu que os raios eram enormes descargas (faíscas) elétricas?
Franklin, fazendo da eletricidade um brinquedo
(alegoria de Barney West)
Em 1752, Benjamin Franklin propôs uma experiência para
verificar se as nuvens possuíam eletricidade. Sugeria que uma pessoa subisse no
alto de uma montanha em um dia de tempestade e verificasse se de uma haste
metálica isolada do chão pulariam faíscas em direção aos dedos da sua mão. Era
uma experiência arriscadíssima que ele mesmo não a realizou, talvez por não
haverem montanhas suficientemente altas na Filadélfia, onde morava. Quem a realizou
pela primeira vez foi Thomas François Dalibard, na França, em maio de 1752. Um
mês depois, sem saber do sucesso da experiência na França, Franklin conseguiu
uma maneira de a realizar na Filadélfia. Em um dia de tempestade empinou uma
pipa e observou faíscas pularem de uma chave amarrada próximo da extremidade da
linha à sua mão. Tanto uma como outra experiência não devem ser repetidas por
ninguém. Várias pessoas morreram tentando repeti-las!
Como funciona o pára-raios?
Um pára-raios nem atrai nem repele os raios. Ele também não descarrega a nuvem como pensava Benjamin Franklin. Ele simplesmente oferece ao raio um caminho fácil até o solo que é ao mesmo tempo seguro para nós e para o que pretendemos proteger.
Quais os tipos de relâmpagos?
Aqueles que tocam o solo (20%) podem ser divididos em descendentes (nuvem-solo) e ascendentes (solo-nuvem).
Os que não tocam o solo podem ser basicamente de três tipos: dentro da nuvem, da nuvem para o ar e de uma nuvem para outra. O tipo mais freqüente dos raios é o descendente.
O raio ascendente é raro e só acontece a partir de estruturas altas no chão (arranha-céus) ou no topo de montanhas (torres, antenas). Os raios ascendentes têm sua ramificação voltada para cima.
O que é um raio bola?
Como funciona o pára-raios?
Um pára-raios nem atrai nem repele os raios. Ele também não descarrega a nuvem como pensava Benjamin Franklin. Ele simplesmente oferece ao raio um caminho fácil até o solo que é ao mesmo tempo seguro para nós e para o que pretendemos proteger.
Quais os tipos de relâmpagos?
Aqueles que tocam o solo (20%) podem ser divididos em descendentes (nuvem-solo) e ascendentes (solo-nuvem).
Os que não tocam o solo podem ser basicamente de três tipos: dentro da nuvem, da nuvem para o ar e de uma nuvem para outra. O tipo mais freqüente dos raios é o descendente.
O raio ascendente é raro e só acontece a partir de estruturas altas no chão (arranha-céus) ou no topo de montanhas (torres, antenas). Os raios ascendentes têm sua ramificação voltada para cima.
O que é um raio bola?
Raio bola
O raio bola é o mais misterioso dos raios e, portanto o que
mais intriga os cientistas. Ele já foi observado por milhares de pessoas e, no
entanto não há até hoje medidas suficientes que possam comprovar qualquer uma
das várias teorias elaboradas para explicá-lo. Normalmente o seu tamanho varia
entre o de uma bola de ping-pong e o de uma grande bola de praia, e sua duração
é em média 15 segundos; possui um colorido na maioria das vezes amarelado e
luminosidade menor do que uma lâmpada de 100W. Flutua pelo ar não muito longe
do chão, e não segue necessariamente a direção do vento.
Costuma desaparecer silenciosamente ou acompanhado de uma explosão.
Existem raios positivos e negativos?
Sim. Os raios têm a sua polaridade atribuída conforme o tipo de carga que neutralizam na nuvem. Portanto, se um raio neutralizar cargas negativas na nuvem ele é um raio negativo. Na prática não pode mos dizer com certeza se um raio é positivo ou negativo a não ser com o auxílio de instrumentos adequados.mos dizer com certeza se um raio é positivo ou negativo a não ser com o auxílio de instrumentos adequados.
Quais as fases de um raio?
Um raio começa com pequenas descargas dentro da nuvem. Estas descargas liberam os elétrons que começarão seu caminho de descida em direção ao solo. Esse caminho de descida é tortuoso e truncado em passos de 50 metros, como que buscando o caminho mais fácil. Esta busca de uma conexão com a terra é muito rápida (330.000 km/h) e pouco luminosa para ser visto a olho nu.
Quando essa descarga, conhecida como ‘líder escalonado’, encontra-se a algumas dezenas de metros do solo, parte em direção a ela uma outra descarga com cargas opostas, chamada de ‘descarga conectante’. Forma-se então o que é conhecido como o canal do raio, um caminho ionizado e altamente condutor. Por ele passa um gigantesco fluxo de cargas elétricas denominado ‘descarga de retorno’. É neste momento que o raio acontece com a máxima potência, liberando grande quantidade de luz.
O raio pisca?
Se houver cargas disponíveis na nuvem, uma outra descarga intensa (chamada ‘subseqüente’) pode acontecer logo após a primeira. Aproximadamente metade dos raios possui descargas subseqüentes. Eles são chamados de raios múltiplos. Em média o número de descargas subseqüentes em raios múltiplos é três, mas já foram observadas mais de 50 descargas subseqüentes em um mesmo raio. O tempo entre uma descarga e outra é às vezes suficientemente longo possibilitando ao olho humano ver não uma, mas várias descargas acontecendo no mesmo local; é quando vemos o raio piscar.
Sobe ou desce?
As duas coisas. Se pensarmos em termos das cargas elétricas que fluem no raio, concluiremos, como foi explicado anteriormente, que as cargas descem um bom trecho do caminho antes de se encontrarem com uma descarga que parte do solo subindo em direção a ela para formar o caminho do raio.
Por que os raios se ramificam?
Costuma desaparecer silenciosamente ou acompanhado de uma explosão.
Existem raios positivos e negativos?
Sim. Os raios têm a sua polaridade atribuída conforme o tipo de carga que neutralizam na nuvem. Portanto, se um raio neutralizar cargas negativas na nuvem ele é um raio negativo. Na prática não pode mos dizer com certeza se um raio é positivo ou negativo a não ser com o auxílio de instrumentos adequados.mos dizer com certeza se um raio é positivo ou negativo a não ser com o auxílio de instrumentos adequados.
Quais as fases de um raio?
Um raio começa com pequenas descargas dentro da nuvem. Estas descargas liberam os elétrons que começarão seu caminho de descida em direção ao solo. Esse caminho de descida é tortuoso e truncado em passos de 50 metros, como que buscando o caminho mais fácil. Esta busca de uma conexão com a terra é muito rápida (330.000 km/h) e pouco luminosa para ser visto a olho nu.
Quando essa descarga, conhecida como ‘líder escalonado’, encontra-se a algumas dezenas de metros do solo, parte em direção a ela uma outra descarga com cargas opostas, chamada de ‘descarga conectante’. Forma-se então o que é conhecido como o canal do raio, um caminho ionizado e altamente condutor. Por ele passa um gigantesco fluxo de cargas elétricas denominado ‘descarga de retorno’. É neste momento que o raio acontece com a máxima potência, liberando grande quantidade de luz.
O raio pisca?
Se houver cargas disponíveis na nuvem, uma outra descarga intensa (chamada ‘subseqüente’) pode acontecer logo após a primeira. Aproximadamente metade dos raios possui descargas subseqüentes. Eles são chamados de raios múltiplos. Em média o número de descargas subseqüentes em raios múltiplos é três, mas já foram observadas mais de 50 descargas subseqüentes em um mesmo raio. O tempo entre uma descarga e outra é às vezes suficientemente longo possibilitando ao olho humano ver não uma, mas várias descargas acontecendo no mesmo local; é quando vemos o raio piscar.
Sobe ou desce?
As duas coisas. Se pensarmos em termos das cargas elétricas que fluem no raio, concluiremos, como foi explicado anteriormente, que as cargas descem um bom trecho do caminho antes de se encontrarem com uma descarga que parte do solo subindo em direção a ela para formar o caminho do raio.
Por que os raios se ramificam?
A primeira descarga do raio geralmente apresenta-se muito
ramificada pois no seu caminho até o solo as cargas elétricas buscam o caminho
mais fácil (em termos de menor resistência do ar) e não o mais curto (que seria
uma linha reta). O caminho mais fácil, geralmente em ziguezague, é determinado
por diferentes características elétricas da atmosfera, que não é homogênea.
Qual a duração de um raio?
Um raio composto de várias descargas pode durar até 2 segundos. No entanto, cada descarga que compõe o raio dura apenas frações de milésimos de segundo.
Qual a sua voltagem e corrente?
A voltagem de um raio encontra-se entre 100 milhões a 1 bilhão de Volts. A corrente é da ordem de 30 mil Ampères, ou seja, a corrente utilizada por 30 mil lâmpadas de 100W juntas. Em alguns raios a corrente pode chegar a 300 mil Ampères!
Qual a energia envolvida em um raio?
Grande parte da energia de um raio é transformada em calor, luz, som e ondas de rádio. Apenas uma fração dela é convertida em energia elétrica. Sabemos que a duração de um raio é extremamente curta, assim, apesar dos grandes valores de corrente e voltagem envolvidos a energia elétrica média que um raio gasta é de 300kWh, ou seja, aproximadamente igual à de uma lâmpada de 100W acesa durante apenas quatro meses.
É possível utilizar a energia de um raio?
Para que pudéssemos utilizar essa energia, necessitaríamos não só capturá-la mas também armazená-la, o que é ainda impossível. Para capturar raios seria necessária uma quantidade muito grande de hastes metálicas para aumentar a chance de que fossem atingidas. No entanto, encontram-se em andamento pesquisas que tentam drenar as cargas elétricas das nuvens de tempestade com o auxílio de potentíssimos raios laser. A ideia é tentar, com o auxílio do laser, guiar o raio até um local onde fosse possível armazenar a sua energia.
Qual a sua espessura e comprimento?
O raio pode ter até 100km de comprimento. Raios com esse comprimento geralmente envolvem mais de uma nuvem de tempestade. Apesar de seu grande comprimento, a espessura do canal de um raio é de apenas alguns centímetros.
Qual a temperatura de um relâmpago?
A temperatura é superior a cinco vezes a temperatura da superfície solar, ou seja, a 30.000 graus Celsius. Quando um raio atinge e penetra solos arenosos a sua alta temperatura derrete a areia, transformando-a em uma espécie de tubo de vidro chamado fulgurito.
O que é o trovão?
Muita gente acha que o trovão é o barulho causado pelo choque entre nuvens. Esta idéia é errada e muito antiga. Lucrécio (98-55 a.C.) acreditava que tanto o raio como o trovão eram produzidos por colisões entre nuvens. Na verdade é o rápido aquecimento do ar pela corrente elétrica do raio que produz o trovão. Assim como uma corrente elétrica aquece a resistência de nossos aquecedores, a corrente do raio, ao passar pelo ar (que é um péssimo condutor), aquece-o e ele se expande com violência, produzindo um som intenso e grave. Nos primeiros metros a expansão ocorre com velocidade supersônica. Um trovão intenso pode chegar a 120 decibéis, ou seja, uma intensidade comparável à que ouve uma pessoa nas primeiras fileiras de um show de rock.
Como saber se o raio “caiu” perto?
A luz produzida pelo raio chega quase que instantaneamente na vista de quem o observa. Já o som (trovão) demora um bom tempo, pois a sua velocidade é aproximadamente um milhão de vezes menor. Para saber a que distância aconteceu o raio, comece a contar os segundos ao ver o seu clarão e pare de contar ao ouvir o seu trovão. Divida o número obtido por três e você terá a distância aproximada do raio até você em quilômetros. Essa conta se explica se tivermos em conta que a velocidade do som é de aproximadamente 330m/s, ou seja, um terço de quilômetro por segundo.
Se o raio dura apenas frações de segundo, porque o trovão é tão longo?
O som do trovão inicia-se com a expansão do ar produzida pelo trecho do raio que estiver mais próximo do observador e termina com o som gerado pelo trecho mais distante (sem considerar as reflexões que possa ter).
Como vê-se, o canal do raio pode ter dezenas de quilômetros. Assim, o som gerado por uma extremidade que esteja muito distante pode chegar dezenas de segundos depois de ouvirmos o som gerado por um trecho do canal que estiver mais próximo.
A que distância pode-se ouvir o trovão?
Um trovão dificilmente pode ser ouvido se o raio acontecer a uma distância maior do que 25 quilômetros. Isso deve-se à tendência que o som tem de curvar-se em direção a camadas de ar com menor temperatura (refração). Como a temperatura da atmosfera geralmente diminui com a altura, o som do trovão curva-se para cima passando por cima do observador.
Além da luz, o raio produz alguma outra radiação?
Além de produzir luz, o raio produz ondas eletromagnéticas em várias outras frequências, inclusive raios-X. É comum ouvirmos ruídos e chiados ao sintonizarmos uma rádio AM em dia de tempestade. Isso ocorre porque o raio também produz ondas nesta faixa de frequência. Graças a essa característica, antenas sincronizadas podem localizar o local de sua ocorrência com precisão simplesmente recebendo a onda eletromagnética produzida pelos raios.
Qual a duração de um raio?
Um raio composto de várias descargas pode durar até 2 segundos. No entanto, cada descarga que compõe o raio dura apenas frações de milésimos de segundo.
Qual a sua voltagem e corrente?
A voltagem de um raio encontra-se entre 100 milhões a 1 bilhão de Volts. A corrente é da ordem de 30 mil Ampères, ou seja, a corrente utilizada por 30 mil lâmpadas de 100W juntas. Em alguns raios a corrente pode chegar a 300 mil Ampères!
Qual a energia envolvida em um raio?
Grande parte da energia de um raio é transformada em calor, luz, som e ondas de rádio. Apenas uma fração dela é convertida em energia elétrica. Sabemos que a duração de um raio é extremamente curta, assim, apesar dos grandes valores de corrente e voltagem envolvidos a energia elétrica média que um raio gasta é de 300kWh, ou seja, aproximadamente igual à de uma lâmpada de 100W acesa durante apenas quatro meses.
É possível utilizar a energia de um raio?
Para que pudéssemos utilizar essa energia, necessitaríamos não só capturá-la mas também armazená-la, o que é ainda impossível. Para capturar raios seria necessária uma quantidade muito grande de hastes metálicas para aumentar a chance de que fossem atingidas. No entanto, encontram-se em andamento pesquisas que tentam drenar as cargas elétricas das nuvens de tempestade com o auxílio de potentíssimos raios laser. A ideia é tentar, com o auxílio do laser, guiar o raio até um local onde fosse possível armazenar a sua energia.
Qual a sua espessura e comprimento?
O raio pode ter até 100km de comprimento. Raios com esse comprimento geralmente envolvem mais de uma nuvem de tempestade. Apesar de seu grande comprimento, a espessura do canal de um raio é de apenas alguns centímetros.
Qual a temperatura de um relâmpago?
A temperatura é superior a cinco vezes a temperatura da superfície solar, ou seja, a 30.000 graus Celsius. Quando um raio atinge e penetra solos arenosos a sua alta temperatura derrete a areia, transformando-a em uma espécie de tubo de vidro chamado fulgurito.
O que é o trovão?
Muita gente acha que o trovão é o barulho causado pelo choque entre nuvens. Esta idéia é errada e muito antiga. Lucrécio (98-55 a.C.) acreditava que tanto o raio como o trovão eram produzidos por colisões entre nuvens. Na verdade é o rápido aquecimento do ar pela corrente elétrica do raio que produz o trovão. Assim como uma corrente elétrica aquece a resistência de nossos aquecedores, a corrente do raio, ao passar pelo ar (que é um péssimo condutor), aquece-o e ele se expande com violência, produzindo um som intenso e grave. Nos primeiros metros a expansão ocorre com velocidade supersônica. Um trovão intenso pode chegar a 120 decibéis, ou seja, uma intensidade comparável à que ouve uma pessoa nas primeiras fileiras de um show de rock.
Como saber se o raio “caiu” perto?
A luz produzida pelo raio chega quase que instantaneamente na vista de quem o observa. Já o som (trovão) demora um bom tempo, pois a sua velocidade é aproximadamente um milhão de vezes menor. Para saber a que distância aconteceu o raio, comece a contar os segundos ao ver o seu clarão e pare de contar ao ouvir o seu trovão. Divida o número obtido por três e você terá a distância aproximada do raio até você em quilômetros. Essa conta se explica se tivermos em conta que a velocidade do som é de aproximadamente 330m/s, ou seja, um terço de quilômetro por segundo.
Se o raio dura apenas frações de segundo, porque o trovão é tão longo?
O som do trovão inicia-se com a expansão do ar produzida pelo trecho do raio que estiver mais próximo do observador e termina com o som gerado pelo trecho mais distante (sem considerar as reflexões que possa ter).
Como vê-se, o canal do raio pode ter dezenas de quilômetros. Assim, o som gerado por uma extremidade que esteja muito distante pode chegar dezenas de segundos depois de ouvirmos o som gerado por um trecho do canal que estiver mais próximo.
A que distância pode-se ouvir o trovão?
Um trovão dificilmente pode ser ouvido se o raio acontecer a uma distância maior do que 25 quilômetros. Isso deve-se à tendência que o som tem de curvar-se em direção a camadas de ar com menor temperatura (refração). Como a temperatura da atmosfera geralmente diminui com a altura, o som do trovão curva-se para cima passando por cima do observador.
Além da luz, o raio produz alguma outra radiação?
Além de produzir luz, o raio produz ondas eletromagnéticas em várias outras frequências, inclusive raios-X. É comum ouvirmos ruídos e chiados ao sintonizarmos uma rádio AM em dia de tempestade. Isso ocorre porque o raio também produz ondas nesta faixa de frequência. Graças a essa característica, antenas sincronizadas podem localizar o local de sua ocorrência com precisão simplesmente recebendo a onda eletromagnética produzida pelos raios.
Foto do primeiro raio artificial induzido no Brasil.
O que são os raios induzidos?
Uma grande dificuldade no estudo dos raios é não poder reproduzi-los em laboratório. Como a natureza não avisa onde e quando o raio vai ocorrer, uma maneira alternativa de estudá-lo consiste em provocar o raio para que aconteça próximo aos instrumentos de medida e no momento em que estiverem preparados. Para que isso aconteça, foguetes especialmente preparados são lançados em direção à base de uma nuvem de tempestade. Eles têm aproximadamente 1 metro de comprimento e levam consigo uma bobina de fio de cobre que se desenrola ao longo da subida. O fio de cobre atua como um gigante pára-raios cuja presença induz a ocorrência do raio. A corrente elétrica do raio passa pelo fio e por instrumentos de medida na base de lançamentos.
Outras medidas podem ser feitas também ao redor da base. Raios induzidos foram feitos pela primeira vez no Brasil na sede do INPE em Cachoeira Paulista, em novembro de 2000.
Uma grande dificuldade no estudo dos raios é não poder reproduzi-los em laboratório. Como a natureza não avisa onde e quando o raio vai ocorrer, uma maneira alternativa de estudá-lo consiste em provocar o raio para que aconteça próximo aos instrumentos de medida e no momento em que estiverem preparados. Para que isso aconteça, foguetes especialmente preparados são lançados em direção à base de uma nuvem de tempestade. Eles têm aproximadamente 1 metro de comprimento e levam consigo uma bobina de fio de cobre que se desenrola ao longo da subida. O fio de cobre atua como um gigante pára-raios cuja presença induz a ocorrência do raio. A corrente elétrica do raio passa pelo fio e por instrumentos de medida na base de lançamentos.
Outras medidas podem ser feitas também ao redor da base. Raios induzidos foram feitos pela primeira vez no Brasil na sede do INPE em Cachoeira Paulista, em novembro de 2000.
Mitos
Os raios e os trovões aparecem com constância nos mitos das civilizações do passado. Profetas, sábios, escribas e feiticeiros os interpretavam como manifestações divinas, considerados principalmente como reação de ira contra as atitudes dos homens. Nas mãos de heróis mitológicos e de divindades eram utilizados como lanças, martelos, bumerangues, flechas ou setas para castigar e perseguir os homens pecadores.
Há mais de cinco mil anos, os babilônicos acreditavam que o deus Adad carregava um bumerangue em uma de suas mãos. Ao ser lançado provocava o trovão. Na outra mão empunhava uma lança. Quando arremessada produzia os raios. Para os antigos gregos, os raios eram lanças produzidas pelos gigantes Ciclopes, criaturas de um olho só. Elas eram feitas para que Zeus, o rei dos deuses, as atirasse sobre os homens pecadores e arrogantes. Como a mitologia grega foi migrada e adaptada à romana, a interpretação dada aos raios não sofreu muita alteração entre os romanos. O rei dos deuses, Júpiter, também tinha o hábito, como Zeus, de enviar raios (lanças) sobre os homens. Minerva, a deusa da sabedoria, no lugar de Ciclopes, era quem abastecia Júpiter com esta poderosa arma. Entre os nórdicos, que viviam no norte da Europa, Thor era o deus do trovão e dos raios. O som do trovão era provocado pelo movimento das rodas de sua carruagem e os raios podiam ser vistos quando Thor arremessava seu martelo.
Inúmeras versões sobre proteção contra raios foram criadas por mitos e crenças populares. Acreditava-se, por exemplo, que havia árvores que atraíam raios, enquanto outras as repeliam. O grande deus romano, Júpiter, tinha como símbolo o carvalho, árvore alta e majestosa, constantemente atingida por raios. Por outro lado, acreditava-se no poder de proteção do loureiro, arbusto também encontrado na região do Mediterrâneo, cujos ramos e folhagens eram utilizados sobre a cabeça de imperadores e generais romanos. O loureiro era considerado um meio de proteção contra a ira dos deuses da tempestade que, presumia-se, invejavam os generais pelas vitórias e conquistas de seus exércitos. Outra crença, muito difundida na Europa Medieval, dizia que o badalar dos sinos das igrejas durante as tempestades afastaria os raios. A superstição perdurou por muito tempo. Muitos campanários de igreja foram atingidos e mais de uma centena de tocadores de sino foram mortos acreditando em tal idéia. A superstição perde força somente no início do século XVIII.
Outra crença popular mais antiga considerava a pedra-de-raio um talismã para proteção pessoal e de residências entre povos europeus, asiáticos e americanos. No nordeste brasileiro, a pedra-de-raio é conhecida até hoje como pedra-de-corisco, por influência dos portugueses do século XVI. A pedra seria trazida pelo raio, cuja força meteórica a enterraria. A origem de tal superstição está baseada na falsa idéia de que um local não pode ser atingido duas vezes pelo mesmo raio, mas a explicação para a origem destas idéias pode estar relacionada com achados de utensílios e armas de pedra polida de povos mais antigos. Sabe-se que os etruscos e, mais tarde, os romanos da antigüidade usavam a pedra (pontas de flechas e de martelos) em colares como amuleto. Ficavam à mostra no pescoço, mas também eram colocadas nas casas e no telhado com o intuito de ficar a salvo dos raios. Na Bahia, os escravos africanos acreditavam que a pedra-santa-bárbara, como chamavam a pedra-de-raio, desprendia-se da atmosfera durante as tempestades. Ela teria poderes curativos e por isso era utilizada em preparos de remédios para diversas doenças.
As superstições sobre raios e também sobre os meios de proteção permanecem presentes na vida moderna. Uma delas afirma que espelhos atraem raios, por isso, durante as tempestades, devem ficar cobertos com um pano. Outra defende que raios não atingem um mesmo local duas vezes.
Evite acidentes
Para evitar acidentes com relâmpagos as regras de proteção pessoal listadas abaixo devem ser seguidas. Se possível, não saia para a rua ou não permaneça na rua durante as tempestades, a não ser que seja absolutamente necessário. Nestes casos, procure abrigo nos seguintes lugares:
- carros não conversíveis, ônibus ou outros veículos metálicos não conversíveis;
- em moradias ou prédios, de preferência que possuam proteção contra raios;
- em abrigos subterrâneos, tais como metros ou túneis;
- em grandes construções com estruturas metálicas;
- em barcos ou navios metálicos fechados;
- em desfiladeiros ou vales.
Se estiver dentro de casa, evite:
- usar telefone, a não ser que seja sem fio;
- ficar próximo de tomadas e canos, janelas e portas metálicas;
- tocar em qualquer equipamento elétrico ligado a rede elétrica.
Se estiver na rua, evite:
- segurar objetos metálicos longos, tais como varas de pesca, tripés e tacos de golfe;
- empinar pipas e aeromodelos com fio;
- andar a cavalo;
- nadar;
- ficar em grupos.
Se possível, evite os seguintes lugares que possam oferecer pouca ou nenhuma proteção contra raios:
- pequenas construções não protegidas, tais como celeiros, tendas ou barracos;
- veículos sem capota, tais como tratores, motocicletas ou bicicletas;
- estacionar próximo a árvores ou linhas de energia elétrica.
Se possível, evite também certos locais que são extremamente perigosos durante uma tempestade, tais como:
- topos de morros ou cordilheiras;
- topos de prédios;
- áreas abertas, campos de futebol ou golfe;
- estacionamentos abertos e quadras de tênis;
- proximidade de cercas de arame, varais metálicos, linhas aéreas e trilhos;
- proximidade de árvores isoladas;
- estruturas altas, tais como torres, linhas telefônicas e linhas de energia elétrica.
Se você estiver em um local sem um abrigo próximo e sentir seus pêlos arrepiados ou sua pele coçar, está indicando que um raio está preste a cair, portanto, ajoelhe-se e curve-se para frente, colocando suas mãos nos joelhos e sua cabeça entre eles. Não se deite no chão.
Autor: Dr. Marcelo M. F. Saba, msaba@dge.inpe.br
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