A FÍSICA DAS TEMPESTADES E DOS RAIOS

Primeiro raio artificial induzido no Brasil. Sede do INPE em Cachoeira Paulista, novembro de 2000.

Uma nuvem começa a se formar quando o calor que é irradiado pelo Sol atinge nosso planeta e evapora a água presente em sua superfície. Esse vapor sobe das regiões de baixa altitude, onde é menos denso que o ar, até regiões mais frias da atmosfera, onde se condensa e forma as minúsculas gotinhas de água que compõem a nuvem.

Quando ela é formada por partículas de gelo e água em diversos tamanhos, tem uma grande extensão vertical e encontra-se em uma região com ventos intensos, tem todos os ingredientes necessários para produzir relâmpagos. São as chamadas cumolonimbus, ou simplesmente nuvens de tempestades.

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 em seu interior, da colisão entre partículas de gelo, água e granizo. Uma das teorias mais aceitas 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. Quando a concentração de cargas nesses centros cresce muito, o ar que os circunda já não consegue isolá-los eletricamente e acontecem as descargas elétricas entre as duas regiões.

A maioria das descargas ocorre dentro das nuvens, mas como as cargas elétricas na nuvem induzem cargas opostas no solo, as descargas também podem se dirigir a ele. Os raios que tocam o solo 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 é o descendente.

Um raio começa com pequenas descargas dentro da nuvem, que liberam os primeiros elétrons em direção ao solo. Quando essa descarga, conhecida como ‘líder escalonado’, encontra-se a algumas dezenas de metros da superfície, 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.

A voltagem de um raio encontra-se entre 100 milhões e 1 bilhão de Volts. Sua corrente é da ordem de 30 mil Ampères, ou seja, a mesma utilizada por 30 mil lâmpadas de 100 W juntas. Em alguns raios, a corrente pode chegar a 300 mil Ampères!

Essa corrente, ao passar pelo ar, aquece-o e ele se expande com violência, produzindo um som intenso e grave. É o trovão, que pode chegar a 120 decibéis, ou seja, uma intensidade comparável à que ouve uma pessoa nas primeiras fileiras de um show de rock. Mas, se o raio dura apenas frações de segundo, porque o trovão é tão longo?

No artigo “A Física das tempestades e dos raios”, Física na Escola, v.2, n.1, o pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, INPE, Marcelo Saba, responde a essa e outras perguntas bastante curiosas: “O que é um raio bola?”, “Qual a temperatura de um relâmpago?”, “É possível utilizar a energia de um raio?”, etc...

Em outro texto, “O raio passo a passo”, Física na Escola, v.4, n.2, Saba apresenta a seqüência fotográfica de um raio traçando seu caminho em direção ao solo.