Atrasos e Estações (III)
30 - Junho - 2008
No artigo Atrasos e Estações (II) vimos que o facto da Terra ter uma forma esférica resulta em variações no ângulo de incidência dos raios solares num determinado lugar e que dessa variação dependia a temperatura média desse lugar. Vamos agora ver como esse detalhe é essencial para compreendermos o mecanismo que regula as estações do ano: a inclinação do eixo de rotação.
::Um eixo a direito?
A Terra apresenta dois movimentos: um de translação, em volta do Sol, e um de rotação sobre si mesma. O que aconteceria se a direcção deste eixo fosse perpendicular ao plano de translacção? Vejamos na seguinte figura (podes carregar a figura em maior resolução):
Nesta situação poderiamos prever que, ao longo do ano, não se observaria qualquer variação na incidência dos raios solares. A zona do equador seria, sempre, aquela onde os raios solares incidiriam mais perpendicularmente. Não haveria diferenças entre o hemisfério norte e o hemisfério Sul. Tanto o dia como a noite teriam a mesma duração em qualquer ponto do planeta, incluindo os polos. Mas é isto que se verifica? De modo algum!
O equador partilha a fama de zona mais quente do planeta com duas outras zonas: os trópicos de Câncer e de Capricórnio, os hemisférios Norte e Sul não se encontram ao mesmo tempo no Inverno ou no Verão e só há dois dias no ano em que o dia e a noite têm a mesma duração: os equinócios. Sabemos também que os polos ficam mergulhados na noite durante metade do ano e no dia durante a outra metade, o que seria impossível de acontecer com um eixo perpendicular à órbita da Terra.
:: Um eixo inclinado!
Todas estas observações nos levam à mesma conclusão: o eixo da terra é inclinado. Vamos ver a próxima figura:
No caso A, em Dezembro, podemos observar que a inclinação da Terra faz com que o hemisfério Norte receba os raios solares de um modo mais oblíquo, enquanto que o hemisfério Sul recebe-os de um modo mais perpendicular. Também podemos ver o Polo Norte submerso em noite.
No caso B, em Junho, a Terra já orbitou o Sol para o outro lado e agora a inclinação resulta em situações diferentes: é o hemisfério Norte que recebe os raios solares mais perpendicularmente e é o Polo Sul que está condenado a uma noite de 6 meses.
Eureka! Temos finalmente a nossa explicação para a sucessão das estações do ano: a Terra é uma esfera e o seu eixo de rotação está inclinado relativamente ao plano da órbita em torno do Sol. Essa inclinação é a responsável pelas diferenças entre os hemisférios, a duração dos dias e das noites, as zonas quentes dos trópicos, os solstícios, os equinócios, etc!
Para finalizar, deixamos aqui um desafio interessante: como conseguiriam determinar a inclinação do eixo da Terra recorrendo apenas a informação relacionada com a temperatura média das diferentes zonas do planeta e as suas coordenadas geográficas? Se tiverem propostas, deixem-nas na caixa de comentários 
Esperamos que tenham gostado desta série de três artigos! Até à próxima!
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Atrasos e Estações (II)
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Imagem publicada pela NASA, como Domínio Público
No artigo anterior vimos que a sucessão das estações do ano não deveria estar relacionada com a forma elíptica da órbita da Terra. Neste artigo vamos introduzir alguns conceitos importantes que nos permitam trabalhar numa explicação melhor!
:: A curvatura de uma esfera
E se a sucessão das estações for resultante da curvatura da Terra? Vamos estudar esta hipótese.
Na figura 1.a, uma esfera é exposta a uma fonte de radiação homogénea representada por linhas horizontais.
Seleccionemos duas fatias iguais dessa radiação para observar o que acontece quando atingem zonas diferentes da superfície esférica: a zona A1, cuja superfície é mais perpendicular à radiação, e a zona A2, cuja superfície é mais oblíqua à radiação.
Tanto a zona A1 como a zona A2 estão expostas à mesma quantidade de radiação (representada por uma mesma quantidade de linhas), mas, devido às diferentes inclinações das duas superfícies, a radiação que atinge a zona A2 ocupa uma área muito maior que na zona A1, o que significa que a mesma quantidade de energia estará mais “espalhada”. Assim, se alguém fosse medir a intensidade de radiação na zona A1 obteria um valor mais elevado que na zona A2, apesar da fonte ser a mesma.
:: Diferenças grandes ou diferenças pequenas?
Concluímos então que a curvatura de uma esfera resulta em diferenças na intensidade de radiação incidente. Mas será que esta diferença justifica as variações de temperatura no nosso planeta? Podemos ter uma ideia da dimensão destas diferenças respondendo a duas questões simples:
- Será que existe uma diferença na temperatura média entre zonas às quais os raios solares chegam mais perpendiculares (como a zona A1) e zonas às quais chegam mais oblíquos (como a zona A2)?
- Haverá diferenças na temperatura média registada às 12h00 (quando os raios solares chegam mais perpendiculares) e às 8h00 (quando os raios solares chegam mais oblíquos)?
Para tentar responder à primeira questão, vamos comparar a temperatura média no mês de Junho de uma cidade do Equador, onde os raios solares caem praticamente a pique, e de uma outra no norte da Europa, onde os raios solares caem muito mais obliquamente. Para este exemplo, escolhemos as cidades de Libreville, capital do Gabão, e Estocolmo, capital da Suécia. Eis os valores que fomos encontrar:
Temperatura média para o mês de Junho (1):
Libreville: 24,9ºC
Estocolmo: 15,1ºC
Para a segunda questão ficamo-nos pela cidade do Porto e fomos verificar a temperatura média às 8h00 e às 12h00.
Temperatura média para os meses de Junho/Julho/Agosto/Setembro, para a cidade do Porto (2):
8h00: 17ºC
12h00: 21,5ºC
A resposta às duas questões deixa bem claro que a curvatura da Terra resulta em variações da temperatura média consideráveis. Mas isto só explica as diferenças de temperatura em latitudes diferentes, ainda não explica as estações do ano! Para finalizar esta tarefa, há que dar um último salto: considerar a inclinação do eixo terrestre!
Esse salto ficará para o próximo artigo!
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(1) Dados recolhidos do site Average Temperature;
(2) Dados apresentados no documento “Física no Quotidiano: alguns exemplos numa abordagem didáctica”, do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da UP, sob orientação do Prof. Dr. João Bessa e Sousa;
Atrasos e Estações (I)
11 - Junho - 2008
Imagem de Lili Vieira de Carvalho, disponibilizada com uma licença Creative Commons
Em primeiro lugar há que pedir desculpa pelo último artigo neste espaço ter sido publicado há já algum tempo. O aumento de temperatura tem-nos amolecido a criatividade e não temos tido ideias para escrever. Mas uma questão mais interessante será antes: A que se deve este aumento de temperatura? A resposta mais evidente é: Porque nos aproximamos do Verão!
Esta resposta está correcta, mas não satisfaz porque impõe outras questões: Porque temos Verão? Ou Inverno? Como se explica a sucessão das estações?
Existe uma explicação muito popular a passear pelas ruas, pelas escolas e até pelas universidades: A órbita da Terra não é circular, mas elíptica, o que significa que às vezes o nosso planeta está mais próximo do Sol e outras vezes está mais longe. Esta explicação é muito comum, escutei-a muitas vezes até de alunos universitários de cursos relacionados com as ciências naturais. Não obstante, é uma explicação errada. Os próximos artigos serão dedicados a guiar-vos, de um modo simples, até uma explicação mais satisfatória.
:: Prever consequências
Quais seriam as consequências se a sucessão das estações fosse resultante da variação da proximidade do nosso planeta ao Sol?
- O Verão aconteceria quando a Terra estivesse mais próxima do Sol e o Inverno quando estivesse mais longe;
- Sendo a órbita uma elipse, no mesmo ano teríamos Verão duas vezes e Inverno outras tantas.
- Como todo o planeta se afasta e aproxima do Sol em igual distância, o Verão chegaria para todos os países ao mesmo tempo, assim como o Inverno;
Ora, o primeiro ponto não se verifica, mas não é trivial demonstrá-lo sem entrar em detalhes mais complexos, o que está longe das intenções deste artigo.
Já os pontos 2. e 3. são fáceis de refutar: tanto o Verão como o Inverno ocorrem uma vez por ano e é do conhecimento geral que, quando é Verão no hemisfério Norte, é Inverno no hemisfério Sul, e vice-versa. Podemos então facilmente concluir que a explicação terá de ser outra. Mas qual?
Abordaremos isso no próximo artigo!
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A propósito do encerramento do programa “Porto de Crianças” do presente ano lectivo, estará patente, de 13 de a 20 de Junho, a exposição “Pontos de Encontro no Porto de Crianças” no Mercado Ferreira Borges. A exposição abordará todo o trabalho desenvolvido ao longo deste ano, que envolveu também o Laboratório Aberto, que trabalhou com escolas do 1º ciclo inscritas no projecto. O dia da inauguração terá vários pontos de interesse, como a interpretação musical do Côro da Academia de Música de Costa Cabral e do Côro Municipal Infantil – Nuno Rocha/EB1 S. João da Foz, assim como um desfile de pequenos escritores. O Laboratório Aberto marcará presença na inauguração, realizando pequenas actividades com os mais pequenos, e gostaria de aproveitar este espaço digital para felicitar o projecto por mais um ano de actividades interessantes e importantes!
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