Explique o efeito de frio causado pelo vento.
Passo 1
O enunciado nos convida a entender o chamado efeito de frio causado pelo vento, também conhecido como sensação térmica ou wind chill. Esse fenômeno envolve conceitos de transferência de calor por convecção entre a superfície corporal (ou qualquer superfície quente) e o ar em movimento.
Passo 2
O corpo humano está revestido por uma fina camada de ar levemente aquecida que age como isolante térmico. Em convecção natural, essa camada limite impede que o calor seja perdido rapidamente. Quando o vento sopra, ele remove essa camada de ar aquecido, expondo sempre ar mais frio à superfície da pele e intensificando a troca de calor.
Passo 3
A troca de calor por convecção é descrita pela lei de resfriamento de Newton:
onde
é o fluxo de calor (W),
é a área da pele (m²),
é a temperatura da pele (°C) e
é a temperatura do ar (°C).
O coeficiente convectivo depende da velocidade do vento
. Empiricamente costuma-se usar
O coeficiente convectivo
com
. Isso significa que, à medida que
aumenta,
cresce e, pelo passo anterior, o fluxo
também aumenta.
Passo 4
Como
cresce, o corpo perde calor mais rápido, a pele esfria mais depressa e a sensação de frio se intensifica. Em outras palavras, o vento faz o corpo “sentir” uma temperatura muito inferior à temperatura real do ar.
Passo 5
Para quantificar a sensação térmica, usa-se um índice como o do NOAA:
em que
é a temperatura aparente (°C),
é a temperatura do ar (°C) e
é a velocidade do vento (km/h). Note que, para
,
.
Passo 6
Em resumo, o vento aumenta o coeficiente de convecção
, remove a camada protetora de ar quente junto à pele e eleva o fluxo de calor
, fazendo com que a temperatura sentida seja bem menor que a temperatura real.
Resposta
O efeito de frio causado pelo vento (sensação térmica) ocorre porque o ar em movimento remove a camada isolante de ar junto à pele, aumenta o coeficiente de troca de calor convectivo e acelera a perda de calor do corpo, fazendo com que a temperatura percebida seja inferior à temperatura medida do ar.