Cognosco

Calda quaesiti

~ Hoje tenho eu uma pergunta: porque é que quanto mais alto subimos mais frio faz? Não devia aquecer por estarmos mais próximos do Sol?

Seria de facto de estranhar que quando subimos a temperatura desce.
Mas só é estranho na medida em que se desconhece os princípios subjacentes a estas questões.

A primeira questão que é necessária abordar é a da temperatura.
Os artigos Faz frio aqui e Solar ambusti as questões relacionadas com o mecanismo pelo qual actua a temperatura ficou mais ou menos esclarecido.
Mas é sempre bom recapitular.

O que se sente como calor (e consequentemente temperatura) é a energia das moléculas que chocam com a pele ou com o líquido do termómetro. Quanto mais energia tiverem as moléculas mais agitadas estão e mais vezes chocam entre si e com a pele ou o termómetro. Então só há temperatura onde há moléculas que se agitam. Quanto menos moléculas existirem menos colisões há e logo menos trocas de energia e menos calor, por muito que essas poucas estejam agitadas.

O que se passa é que quanto mais alto se está mais rarefeito é o ar.

Ao nível do mar a distância média entre duas moléculas é cerca de 8 milionésimos de centímetro, 8 x 10^-8 m (ou 80 nanómetros). Assim que uma molécula se agita essa energia é trocada com todas as moléculas que estão à sua volta. O calor é facilmente transportado. Quando as moléculas de ar são atingidas pela radiação infra-vermelha oriunda do Sol recebem a sua energia e ficam agitadas. Essa agitação é o calor que sentimos num dia de Sol.

Mas a mais de 80 quilómetros de altura as moléculas estão separadas por quilómetros de distância. Por muito que se agitem não têm vizinhos e por isso o calor não é facilmente trasportado. Nessas condições o ar é muito frio.

Na atmosfera por cada quilómetro que se sobe a temperatura desce 1,6º C.

~ Mas porque desce em vez de subir? E a proximidade ao sol?

Esse aumento da proximidade ao Sol é demasiado pequeno comparado com a distância da Terra ao Sol para ter qualquer efeito. A distância média ao Sol é 150 milhões de quilómetros. Subir 1 quilómetro é irrelevante em comparação com tão grande distância.
Em termos comparativos: como Paris está a 1500 quilómetros de Lisboa isto é o mesmo que andarmos 1 centímetro de Lisboa em direcção a uma fogueira acessa em Paris e esperamos sentir um aumento de temperatura!

~ Percebi. Mas algo não bate certo. E então no Espaço à volta do Sol? É vácuo, não há moléculas. Mas não me parece que esteja frio por lá...

A questão do Espaço à volta do Sol remete para outra situação. De facto não há moléculas para serem agitadas. Mas a quantidade de partículas presentes é imensa. A gama de radiações que o Sol emite (infra-vermelhos, ultra-violeta, visível, ...) é muito grande.
Apesar de não haver moléculas de ar as radiações atingem a nave que até lá nos transporta. E essa aquece imenso devido às radiações, aquece o ar que respiramos dentro dela e eis o calor.

~ Mas se há tão poucas moléculas acima dos 80 quilómetros porque é que as naves espaciais precisam de um escudo térmico quando entram na atmosfera terrestre vindas do espaço? Porque é que ficam tão quentes sendo assim e podem até explodir com o calor?

Mas a velocidade a que a nave entra é tão grande que choca com muitas moléculas que, apesar de serem poucas, àquela velocidade apanham-se muitas.
Se o ângulo de entrada na atmosfera for pequeno (desce muito a pique) apanha tantas moléculas de ar rarefeito que aquece e não há escudo que lhe valha.
Se o ângulo de entrada na atmosfera for grande (desce mais na horizontal) acaba por fazer ricochete nessas poucas moléculas de ar e ressalta de volta para o espaço.

Questões quentes