7Nuvens, chuva e neve

É uma tarde quente de verão. Na hora do almoço o céu estava azul, com algumas nuvenzinhas brancas que pareciam bolas de algodão. Às três horas, uma delas cresceu. Ela incha para cima, cada vez mais alto, como uma couve-flor branca em pé sobre uma base cinzenta e achatada. O topo se espalha. A base fica escura. Sopra uma rajada de vento fresco, caem as primeiras gotas grossas e, durante vinte minutos, chove a cântaros. Depois a nuvem vai embora, o sol volta e as calçadas molhadas soltam vapor.

De onde veio aquela nuvem? De que ela é feita? E quanta chuva caiu naqueles vinte minutos?

O que você já sabe

O tempo é o estado do ar num certo lugar e num certo momento: ensolarado, nublado, chuvoso, com neve, com vento, com neblina; nós o anotamos num quadro do tempo (Capítulo 1). A água do mar, dos lagos e do chão sobe para o ar e volta a cair como chuva (Capítulo 3). Os livros de física contam como a água evapora (de líquido para um gás invisível), se condensa (de gás de volta para gotinhas de líquido) e congela (de líquido para gelo), e como um termômetro mede a temperatura em graus Celsius.

7.1 O que é uma nuvem?

O ar à nossa volta sempre contém um pouco de água, em forma de um gás invisível: o vapor de água. Quando o ar sobe, ele esfria. Quando esfria o bastante, uma parte do vapor de água se condensa em gotículas de água tão pequenas que o menor sopro de ar as mantém flutuando. Bilhões dessas gotículas, lado a lado, formam uma nuvem que conseguimos ver. Lá no alto, onde o ar é muito frio, as gotículas congelam, e a nuvem é feita de pedacinhos minúsculos de gelo.

Definição 7.1 (Nuvem e neblina)

Uma nuvem é uma enorme quantidade de gotículas de água, ou de pedacinhos minúsculos de gelo, flutuando juntos no ar. A neblina é uma nuvem que encosta no chão.

Exemplo 7.2 (A sua respiração numa manhã fria)

Numa manhã fria, a sua respiração forma uma nuvenzinha branca na frente da sua boca. O ar que você solta é quente e contém vapor de água. O ar frio o esfria na mesma hora, o vapor se condensa em gotículas minúsculas — e aparece uma nuvem em miniatura, que some quando as gotículas evaporam de novo.

Uma nuvem é branca porque as suas gotículas espalham a luz do Sol em todas as direções. Quando ela é muito espessa, pouca luz chega até a sua base, e vista de baixo ela parece cinzenta, ou quase preta: é o sinal de uma nuvem carregada, cheia de água.

7.2 As famílias de nuvens

As nuvens têm muitas formas, e os observadores do tempo do mundo inteiro as classificam do mesmo jeito: pela forma e pela altura em que flutuam.

Definição 7.3 (Famílias de nuvens)

As quatro famílias de nuvens que é preciso conhecer são:

• cúmulo: nuvens amontoadas, brancas e fofas, com a base achatada, como bolas de algodão;
• estrato: nuvens em camada, uma lâmina cinzenta e plana que cobre o céu inteiro, lá embaixo;
• cirro: nuvens em fiapos, fios brancos e finos ou cachos, muito altas, feitas de gelo;
• cumulonimbo: a nuvem de tempestade, uma torre enorme que sobe de uma base baixa e escura até uma altura muito grande, e cujo topo muitas vezes se espalha, achatado.

Os nomes vêm de palavras latinas: cumulus quer dizer monte, stratus camada, cirrus cacho de cabelo e nimbus nuvem de chuva.

A que altura flutuam as nuvens? Depende da família. As nuvens baixas, como os estratos e a base dos cúmulos, flutuam desde pouco acima do chão até cerca de 2 quilômetros. Os cirros flutuam muito alto, entre cerca de 5 e 13 quilômetros fora dos trópicos e das regiões polares — muitas vezes mais alto que a montanha mais alta da Terra. Um cumulonimbo se estende desde uma base baixa até o topo dos níveis de nuvens.

Método 7.4 (Dar nome a uma nuvem)

Olhe o céu e faça três perguntas:

1. É um monte de base achatada? Então é um cúmulo — e, se ele sobe e vira uma torre enorme e escura, um cumulonimbo.
2. É uma lâmina plana e uniforme que esconde o céu inteiro? Então é um estrato.
3. É feita de fios brancos e finos, muito altos? Então é um cirro.

Observação 7.5 (As nuvens anunciam o tempo)

Cúmulos pequenos num céu azul significam tempo bom. Um estrato cinzento traz um dia fechado, às vezes com garoa. Um cumulonimbo traz uma pancada de chuva curta e forte, muitas vezes com trovões, raios e rajadas de vento — às vezes granizo. Os cirros não trazem chuva, mas, quando se espalham e ficam mais espessos, muitas vezes chove um dia depois.

7.3 Chuva, neve e granizo

Dentro de uma nuvem, as gotículas minúsculas se chocam e se juntam, ou cristais de gelo crescem à custa das gotículas. Uma gota de nuvem, ou um cristal, que ficou grande e pesado o bastante não consegue mais flutuar: ele cai.

Definição 7.6 (Precipitação)

A precipitação é a água que cai de uma nuvem até o chão: chuva (gotas de água líquida), neve (flocos feitos de cristais de gelo grudados) ou granizo (bolas de gelo, chamadas pedras de granizo, que caem das nuvens de tempestade).

Se vai chover ou nevar depende da temperatura do ar que a precipitação atravessa. Os flocos de neve se formam no alto da nuvem fria. Se o ar mais embaixo estiver acima de $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ por tempo suficiente, eles derretem no caminho e chegam até nós como chuva. Se o ar estiver abaixo de zero até o chão, eles chegam como neve.

O granizo só cai dos cumulonimbos. Dentro da torre, ventos fortes que sobem levam bolinhas de gelo para cima e para baixo várias vezes; cada viagem acrescenta uma nova camada de gelo, como as camadas de uma cebola, até a pedra de granizo ficar pesada demais para o vento segurá-la.

7.4 Medir o tempo

Para dizer quanto choveu, qual era a temperatura ou de onde soprava o vento, palavras não bastam: precisamos de instrumentos, e de números.

Definição 7.7 (Pluviômetro)

Um pluviômetro é um recipiente que recolhe a chuva que cai na sua abertura. A altura da água recolhida é medida em milímetros: “5 milímetros de chuva” quer dizer que a chuva teria formado uma camada de água de 5 milímetros de altura sobre um chão plano, se nada tivesse escorrido nem se infiltrado.

Observação 7.8 (Um milímetro de chuva é muita água)

Um milímetro de chuva parece pouquinho no pluviômetro. Mas, num quadrado de chão de um metro por um metro, isso dá um litro de água: uma garrafa grande. Num pátio de escola de mil metros quadrados, uma chuva de 10 milímetros traz dez mil litros: o suficiente para encher mil baldes de 10 litros cada um.

Definição 7.9 (Cata-vento)

Um cata-vento é uma seta que gira livremente num mastro. O vento empurra a cauda dela; por isso a seta sempre aponta para a direção de onde o vento vem.

Definição 7.10 (Estação meteorológica)

Uma estação meteorológica é um lugar onde o tempo é medido todos os dias, sempre do mesmo jeito, com instrumentos: um termômetro num abrigo branco ventilado, um pluviômetro ao ar livre, um cata-vento num mastro.

O termômetro fica na sombra, num abrigo branco com laterais de venezianas, que deixam o ar passar mas não deixam entrar o sol nem a chuva. O Met Office, o serviço meteorológico do Reino Unido, o coloca a $1.25\,\mathrm{m}$ do chão. O pluviômetro fica ao ar livre, longe de muros e de árvores que o protegeriam da chuva, com a abertura um pouco acima do chão. O cata-vento fica bem no alto do seu mastro, acima dos obstáculos que desviariam o vento.

No campo — Uma estação meteorológica no pátio da escola

Muitas escolas mantêm uma pequena estação meteorológica num canto do pátio. Toda manhã, no mesmo horário, dois alunos leem o termômetro, leem e esvaziam o pluviômetro e anotam para onde o cata-vento aponta. Com o passar das semanas, a turma monta um registro do seu próprio tempo.

Método 7.11 (Desenhar um gráfico de barras da chuva)

Para desenhar a chuva de uma semana:

1. trace uma linha horizontal e escreva os dias embaixo dela, com o mesmo espaço entre eles;
2. trace uma linha vertical à esquerda e marque-a em milímetros, com passos iguais (por exemplo, de 2 em 2 milímetros);
3. acima de cada dia, desenhe uma barra da altura da chuva desse dia; um dia sem chuva não tem barra nenhuma;
4. dê um título ao gráfico e escreva a unidade, mm, na linha vertical.

Exemplo 7.12 (Uma semana de chuva na escola)

A turma leu o pluviômetro toda manhã durante uma semana e encontrou: segunda 0, terça 4, quarta 12, quinta 7, sexta 0, sábado 2, domingo 5 milímetros. O dia mais chuvoso foi a quarta-feira. Não choveu na segunda nem na sexta. Na semana inteira caíram $0 + 4 + 12 + 7 + 0 + 2 + 5 = 30$ milímetros. Só a quarta-feira trouxe 12 dos 30 milímetros, ou seja, $\frac{12}{30} = \frac{2}{5}$ da chuva da semana.

7.5 Exercícios

Exercício 7.1 ★

De que é feita uma nuvem? O que é a neblina?

Solução

Solução de Exercício 7.1.

Uma nuvem é feita de uma enorme quantidade de gotículas de água, ou de pedacinhos minúsculos de gelo, flutuando no ar. A neblina é uma nuvem que encosta no chão.

Exercício 7.2 ★

Dê o nome da nuvem: (a) uma lâmina cinzenta e plana que esconde o céu inteiro; (b) fios brancos e finos muito altos num céu azul; (c) montes brancos de base achatada, como algodão; (d) uma torre enorme e escura de topo achatado, que traz trovões.

Solução

Solução de Exercício 7.2.

(a) Estrato. (b) Cirro. (c) Cúmulo. (d) Cumulonimbo.

Exercício 7.3 ★

Chuva, neve ou granizo? (a) bolas de gelo que caem de uma nuvem de tempestade; (b) gotas de água líquida; (c) flocos feitos de cristais de gelo.

Solução

Solução de Exercício 7.3.

(a) Granizo. (b) Chuva. (c) Neve.

Exercício 7.4 ★

Que instrumento mede: (a) a chuva; (b) a temperatura; (c) de onde vem o vento?

Solução

Solução de Exercício 7.4.

(a) Um pluviômetro. (b) Um termômetro. (c) Um cata-vento.

Exercício 7.5 ★

No pluviômetro desenhado na página 46, a água agora chega à marca 17. Quantos milímetros de chuva caíram? Quantos milímetros a mais a levariam até 20?

Solução

Solução de Exercício 7.5.

Caíram 17 milímetros de chuva. $20 - 17 = 3$: mais 3 milímetros levariam a água até a marca 20.

Exercício 7.6 ★

Observe o gráfico de barras da página 47. Qual foi o dia mais chuvoso? Em que dias não choveu? Que dia teve 7 milímetros?

Solução

Solução de Exercício 7.6.

O dia mais chuvoso foi a quarta-feira (12 milímetros). Não choveu na segunda nem na sexta. A quinta-feira teve 7 milímetros.

Exercício 7.7 ★★

Na manhã de um dia de neve, os flocos chegam ao chão na vila da montanha, mas no vale lá embaixo chove. Explique a diferença usando a temperatura do ar.

Solução

Solução de Exercício 7.7.

Os flocos de neve se formam no alto da nuvem fria. Lá em cima, na vila da montanha, o ar está abaixo de zero até embaixo; por isso eles chegam como neve. Mais embaixo, no vale, o ar está acima de $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: ao atravessá-lo na descida, os flocos derretem e chegam ao chão como chuva.

Exercício 7.8 ★★

Em outra semana, a turma encontra: segunda 3, terça 0, quarta 1, quinta 9, sexta 6, sábado 0, domingo 1 milímetro. Desenhe o gráfico de barras. Quantos milímetros caíram na semana? Que fração da chuva da semana caiu na quinta-feira?

Solução

Solução de Exercício 7.8.

O gráfico de barras tem sete barras de alturas 3, 0, 1, 9, 6, 0 e 1 (sem barra na terça e no sábado). Na semana caíram $3 + 0 + 1 + 9 + 6 + 0 + 1 = 20$ milímetros. A quinta-feira trouxe 9 dos 20 milímetros: $\frac{9}{20}$ da chuva da semana.

Exercício 7.9 ★★

Por que o pluviômetro tem de ficar ao ar livre, longe de muros e de árvores? Por que o termômetro fica num abrigo branco na sombra, e não em pleno sol?

Solução

Solução de Exercício 7.9.

Os muros e as árvores protegem da chuva o chão perto deles, principalmente quando o vento joga a chuva de lado, e gotas podem pingar das folhas dentro do pluviômetro: perto deles, o pluviômetro recolheria chuva de menos, ou de mais. O termômetro tem de medir a temperatura do ar; em pleno sol, ele seria aquecido pelo próprio sol e marcaria uma temperatura alta demais. O abrigo branco de venezianas impede a entrada do sol e deixa o ar passar.

Exercício 7.10 ★★

O cata-vento aponta para o oeste. De onde vem o vento? Para onde ele está indo?

Solução

Solução de Exercício 7.10.

Um cata-vento aponta para onde o vento vem: o vento vem do oeste. Ele está indo para o leste.

Exercício 7.11 ★★★

Num pátio de 500 metros quadrados, caem 8 milímetros de chuva. Usando a Observação 7.8, quantos litros de água caíram no pátio? Um regador comporta 10 litros: quantos regadores isso dá?

Solução

Solução de Exercício 7.11.

Um milímetro de chuva sobre um metro quadrado é um litro. Sobre um metro quadrado, 8 milímetros dão 8 litros. Sobre 500 metros quadrados: $500 \times 8 = 4000$ litros. Com regadores de 10 litros: $4000 \div 10 = 400$ regadores.