(\mathbf{1}, \mathbf{0}) Os ventos escoam de uma regiăo de temperaturas menores para maiores. Fenômeno que pode ser percebido na brisa marítima, onde os ventos partem do oceano para o continente durante o dia. E à noite, do continente para o oceano. No entanto, aprendemos em quimica que \mathrm{PV}=\mathrm{nRT}, ou seja, a pressão aumenta com a temperatura ou a temperatura aumenta com a pressão. Como você justifica o fenômeno do sentido do escoamento dos ventos?

Passo 1

O enunciado comenta que, no dia, os ventos soprando do oceano para o continente (brisa marítima) vão de uma região mais fria para uma mais quente, e à noite ocorre o oposto. Ao mesmo tempo, sabemos pela equação dos gases ideais que
\mathrm{PV} = n R T
de modo que, à primeira vista, poderíamos pensar que ar mais quente teria maior pressão e deveria “empurrar” o ar mais frio em vez de permitir o fluxo deste para lá. Vamos reconciliar isso levando em conta a estrutura da atmosfera.

Passo 2

A equação \mathrm{PV}=nRT vale para uma massa fixa de gás num volume fechado. Na atmosfera livre não temos um “volume rígido”: o ar pode se expandir verticalmente. Se aquecemos um pacote de ar próximo à superfície, sua temperatura T sobe, e para manter o mesmo peso de coluna acima dele (mesmo n de ar), o pacote se expande, diminuindo sua densidade \rho. Como
\rho = \frac{p}{R\,T},
para uma dada pressão p local, o aumento de T faz \rho diminuir.

Passo 3

Agora, pela equação hidrostática
\frac{\partial p}{\partial z} = -\rho\,g,
onde g é a aceleração da gravidade, a pressão de superfície p_0 resulta da soma do peso da coluna de ar acima. Se o ar na coluna está mais quente (menor \rho), o peso total acima de um ponto no solo é menor, logo a pressão ao nível do solo fica mais baixa do que em uma coluna vizinha mais fria (mais densa).

Passo 4

Logo, uma região aquecida tem pressão de superfície inferior à de uma região mais fria. Isso gera um gradiente de pressão horizontal \nabla p apontando da zona fria (alta pressão) para a quente (baixa pressão). O vento, pelo efeito da força do gradiente de pressão, se desloca justamente de onde p é maior para onde p é menor.

Passo 5

Aplicando ao caso da brisa marítima:
  • Durante o dia, o continente esquenta mais rápido que o oceano. O ar sobre o continente se torna mais quente, expande, torna-se menos denso e diminui a pressão de superfície ali.
  • O ar sobre o oceano, mais frio e denso, mantém pressão de superfície relativamente mais alta.
  • Dessa diferença de pressão, o ar flui do oceano (alta pressão) para o continente (baixa pressão), formando a brisa marítima.

Passo 6

À noite acontece o inverso: a terra esfria rápido, aumenta a densidade e a pressão do ar sobre o continente, enquanto o oceano permanece relativamente mais quente, com pressão mais baixa. Então o vento inverte e sopra do continente para o oceano (brisa terrestre).

Resposta

O sentido do escoamento se deve não ao fato de o ar quente ter “mais pressão” local se confinado, mas sim ao fato de que, em coluna aberta, o aquecimento reduz a densidade e, portanto, o peso da coluna de ar, resultando em menor pressão ao nível do solo. Assim, cria-se um gradiente de pressão da região fria (alta pressão) para a quente (baixa pressão), conduzindo o vento justamente do frio para o quente.

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