Torniquete Hidráulico + Ciclone
Áreas do conhecimento ligadas ao experimento
Meteorologia;
Mecânica;
Química.
Princípios físicos ligados ao experimento
Força centrífuga;
Força de coesão e força de adesão;
Força de Coriolis.
Princípio correlato ao experimento
Efeito Bernoulli.
Descrição do experimento
O Torniquete Hidráulico é um experimento que recria, por intermédio de outros mecanismos e leis físicas, o modo como ocorrem os ciclones. O reservatório circular, que fica na parte superior do aparelho, recebe água vinda de uma mangueira lateral até uma determinada altura. Depois, estabelece-se um equilíbrio com relação ao fluxo de água no reservatório, ou seja, controla-se a entrada de água no reservatório, já que a saída se mantém sempre constante. A saída de água se dá através de dois canos soldados em “T”. Nas extremidades da haste de baixo (horizontal), por onde a água finalmente se escoa, foram feitos dois furos laterais. Com a saída da água, segundo o princípio da ação e reação, a haste se põe em movimento no sentido oposto à saída de água, dando origem ao Movimento Circular e Uniforme (MCU) da haste horizontal. Desse modo, como a haste vertical está também soldada ao reservatório, o movimento circular será transmitido ao reservatório, no sentido anti-horário.
Conceitos importantes!
Antes de falarmos sobre a ocorrência dos ciclones, é oportuno lembrarmos de alguns conceitos associados à Meteorologia, tais como:
Pressão atmosférica – A pressão exercida por uma coluna de ar sobre uma determinada superfície é chamada de pressão atmosférica e, essa pressão, não depende da espessura da coluna e sim da sua altura. Desse modo, quando dizemos que uma área possui baixa pressão atmosférica, queremos dizer que, ali, o ar faz menos força sobre a Terra do que na região vizinha. É importante lembrar que áreas de baixa pressão atraem ventos, que sopram para dentro dela tentando equilibrar a força que o ar faz sobre aquele trecho da superfície.
Forças de Coriolis - Os ventos não caminham em linha reta ao longo de um gradiente de pressão, mas são defletidos ou desviados em forma de curva, devido à rotação da Terra.
Vale lembrar que esse desvio, que os ventos sofrem durante a circulação, segue em direção horária no Hemisfério Sul e anti-horária no Hemisfério Norte.
Como ocorrem os ciclones
Os ciclones são ventos giratórios fortes, com velocidade acima de 116 Km/h, em torno de uma região central de baixa pressão. Esse turbilhão, no qual o ar se movimenta em círculos para dentro dessa área de baixa pressão, é capaz de provocar grande destruição, podendo demolir estruturas fracas e causar inundações e desabamentos, devido às intensas chuvas que ocorrem antes e durante o fenômeno. Não custa lembrar que, dependendo da região onde o fenômeno ocorre, o ciclone pode receber vários nomes. Assim, os ciclones tropicais são regionalmente denominados:
Furacões - Oceano Atlântico Norte, Oceano Pacífico Nordeste a leste da linha internacional da data e no Oceano Pacífico Sul a leste da longitude “160°E”;
Tufões - Oceano Pacífico Noroeste a oeste da linha internacional da data;
Ciclone tropical severo - Oceano Pacífico Sudoeste a oeste da longitude “160°E” e no Oceano Índico Sudeste a leste da longitude “90°E”;
Tempestade ciclônica severa - Oceano Índico Norte;
Ciclone tropical - Oceano Índico Sudoeste.
Conceitos complementares!
Antes de falarmos sobre o funcionamento do Torniquete Hidráulico, é preciso lembrar de alguns conceitos importantes pertinentes a Química e a Física, tais como:
Força de coesão – São forças de atração de origem intermoleculares que ocorrem entre substâncias químicas de mesma espécie.
Força de adesão – São forças de atração de origem intermoleculares que ocorrem entre substâncias químicas de espécies diferentes.
Nota: A experiência nos mostra que as forças de adesão são mais fortes que as forças de coesão. Para tanto, basta colocarmos uma lâmina de vidro bem limpa sobre a superfície de um líquido e, depois, aplicarmos uma força de tração para cima na parte superior da lâmina. Quando a lâmina se descolar da superfície da água, vamos notar que a parte inferior da lâmina ficou molhada, o que prova o rompimento das forças de coesão e não o rompimento das forças de adesão.
Força centrífuga – Quando um corpo qualquer executa um Movimento Circular e Uniforme (M.C.U.), surge uma força (fictícia) que aparecesse na direção radial e que aponta para fora do círculo. Caso esse corpo seja uma massa líquida que esteja contida num recipiente esférico, suas moléculas serão jogadas contra a parede desse recipiente, provocando, ali, um acúmulo de líquidos.
Como funciona o Torniquete Hidráulico
As saídas de água pelos furos laterais (a, b), que ficam nas extremidades da haste inferior (horizontal) do sistema, provocam, na haste, segundo o “Princípio da Ação e Reação”, um Movimento Circular Uniforme (M.C.U.) no sentido anti-horário. Esse movimento circular é transmitido ao recipiente (d) através da haste vertical (c), que está soldada a ele. Com o movimento, o líquido que se encontra no interior do reservatório sofre um “arrasto”, motivado por forças de atrito que são aplicadas pela parede do reservatório (forças de adesão). Aos poucos, a massa líquida começa a executar também um movimento circular e, assim, as moléculas do líquido são jogadas contra a parede do reservatório, provocando, na parede circular, um acúmulo de líquidos.
Na parte central desse redemoinho, onde as velocidades das moléculas são baixas, há um ralo por onde o líquido se escoa, pois os contatos laterais entre as moléculas geram forças de atrito (forças de coesão) que não são suficientes para equilibrarem às forças pesos das respectivas moléculas.
Quando as velocidades angulares das moléculas atingem um determinado valor (ponto crítico), há a ruptura das forças de coesão das moléculas no centro do redemoinho (ponto de maior tensão), originando a formação do “tubo de ar” (e), no centro do reservatório (ciclone).
Perguntas frequentes:
1) Por que os ciclones tropicais são nomeados?
Resposta: Os ciclones tropicais são nomeados para facilitar a comunicação entre os meteorologistas e o público em geral, pois os ciclones podem ter duração da ordem de uma semana e, assim, existir dois ou mais ciclones ao mesmo tempo numa mesma macrorregião.
2) Qual a diferença entre ciclones e tornados?
Resposta: Tornados têm diâmetros de centenas de metros e são produzidos por uma única tempestade convectiva. Por outro lado, ciclones tropicais têm diâmetros da ordem de centenas de quilômetros, sendo comparável a dezenas de tempestades convectivas.
3) Qual foi o ciclone tropical que causou o maior número de mortes?
Resposta: Foi o famoso “Bangladesh Cyclone”, de 1970, que matou mais de 300.000 pessoas, pois conseguiu elevar o nível do mar em mais de 12 metros numa região da planície costeira e deltas de rios na Índia.
4) Qual foi o ciclone que causou o maior prejuízo?
Resposta: O maior prejuízo financeiro foi causado pelo ciclone “Andrew”, em 1992, nos Estados Unidos: US$26,5 bilhões.
5) O que é o "olho" do furacão?
Resposta: O olho é uma área quase circular de ventos comparavelmente calmos que fica no centro de um ciclone tropical intenso. Embora os ventos sejam calmos no seu eixo de rotação, podem ocorrer também ventos intensos nessa região. Há pouca ou nenhuma precipitação e, muitas vezes, e possível observar céu claro nessa região.
Glossário
Efeito Bernoulli: Quanto maior for o aumento da velocidade de um fluido enquanto ele se escoa ao longo de uma superfície, menor será a pressão que atua nessa região.
Pressão: É uma grandeza escalar que traduz a distribuição das intensidades das forças aplicadas por unidade de área.
Links:
http://www.iag.usp.br/siae98/meteorologia/dinamica.htm
Créditos
Ciclone 1: