_Hinrichs_Kleinback

184 Energia e Meio Ambiente
FIGURA 7.3
A força de empuxo em um objeto
submerso é igual à massa do fluido
deslocado. Isto é resultado da
diferença de pressão entre o topo e
o fundo do objeto. Um objeto
flutuará se a força de empuxo for
igual ou maior do que o peso do
objeto.
Estamos acostumados a ver cubos de gelo flutuando na água ou uma bola de praia
flutuar em um lago. Estes objetos têm uma densidade menor que a da água. Entretanto,
sabemos que barcos de aço e concreto também flutuam, embora as densidades do aço e do
concreto sejam maiores do que a da água. Isto ocorre porque o barco não é um corpo sólido
e tem uma grande quantidade de ar em seu casco, de forma que a densidade do barco inteiro
é menor do que a da água.
Se a densidade de um corpo é menor do que a do líquido em que ele está imerso, ele irá
assentar-se em uma posição, parcialmente submerso, de forma que o peso de líquido deslocado
— a força de empuxo — é igual ao peso do próprio objeto. Se a densidade do objeto é
igual à do líquido ao redor, então não haverá nenhuma força resultante sobre o corpo, e ele
permanecerá em repouso na posição em que se encontra. No contexto deste capítulo, um
pacote de ar quente irá subir até que a sua densidade se iguale à do ar ao seu redor.
A medida que o ar quente sobe, ele se expande (fica menos denso) e se resfria. A energia
utilizada na expansão é extraída da energia térmica do ar. Sinta a temperatura do ar
que escapa de um pneu de bicicleta inflado. O ar pode chegar a ser bastante frio. O perfil
normal de temperatura da atmosfera é apresentado na Figura 7.4. A temperatura do ar
diminui a uma taxa de aproximadamente 7°C por quilômetro (aproximadamente 3,5°F a
cada 1.000 pés) acima da superfície da Terra. Um pacote de ar irá subir por causa da força
de empuxo até que sua temperatura se iguale à do ar ao seu redor. Se o pacote de ar quente
se resfria mais lentamente do que o ar circundante, sua temperatura estará sempre acima
da temperatura da atmosfera que o rodeia, de forma que o ponto de equilíbrio nunca será
atingido, e uma mistura vigorosa do pacote e do ar circundante irá ocorrer.
FIGURA 7.4
A temperatura do ar ambiente
normalmente diminui com o aumento
da altitude. Um pacote de ar irá subir
até que sua temperatura seja igual à
do ar circundante. Uma região de
inversão elevada (uma região na qual
a temperatura do ar ambiente
aumenta com a altitude) coloca um
fim nos pacotes ascendentes.