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:
dotQ = h,A,(Tpe<= - Tar)
onde
dotQ é o fluxo de calor (W),
A é a área da pele (m²),
Tpe<= é a temperatura da pele (°C) e
Tar é a temperatura do ar (°C).
O coeficiente convectivo h depende da velocidade do vento v. Empiricamente costuma-se usar
h propto v^n,
com napprox0,6. Isso significa que, à medida que v aumenta, h cresce e, pelo passo anterior, o fluxo dotQ também aumenta.

Passo 4

Como dotQ 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:
Twc =13,12 + 0,6215,T - 11,37,v^0,16 + 0,3965,T,v^0,16,
em que Twc é a temperatura aparente (°C), T é a temperatura do ar (°C) e v é a velocidade do vento (km/h). Note que, para v>0, Twc<T.

Passo 6

Em resumo, o vento aumenta o coeficiente de convecção h, remove a camada protetora de ar quente junto à pele e eleva o fluxo de calor dotQ, 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.

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