Regina Pinto de Carvalho
Física do dia a dia VOLUME 3 Mais 105 perguntas e respostas sobre Física fora da sala de aula
Copyright © 2021 Regina Pinto de Carvalho
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editoras responsáveis
revisão
Rejane Dias Cecília Martins
Aline Sobreira ilustração
capa
Mirella Spinelli
Alberto Bittencourt
diagramação
revisão técnica
Waldênia Alvarenga
Ana Marcia Greco de Sousa
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Carvalho, Regina Pinto de Física do dia a dia : mais 105 perguntas e respostas sobre física fora da sala de aula / ilustração Mirella Spinelli. -- Belo Horizonte : Autêntica , 2021. ISBN 978-65-5928-028-5 1. Física - Miscelânea I. Carvalho, Regina Pinto de. II. Spinelli, Mirella. 21-58553
CDD-530
Índices para catálogo sistemático: 1. Física 530 Cibele Maria Dias - Bibliotecária - CRB-8/9427
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Dedico este livro aos meus netos Pedro, Ana Julia e Tomás, e a todas as pessoas curiosas e amantes da Física como eles.
Tim-tim, tim-tim, tim-tim ó-lá-lá! Quem não gosta dela, de quem gostará? Quem não gosta da Física... de quem gostará? (Hino dos estudantes de Física da UFMG, 1969)
No man really becomes a fool until he stops asking questions [Ninguém se torna tolo enquanto não para de fazer perguntas] (Charles Steinmetz, matemático, pesquisador e inventor alemão, radicado nos Estados Unidos, 1865-1923)
Sumário
Introdução
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Capítulo I - Céu e Terra
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Capítulo II - Em casa
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Capítulo III - Viagens e transportes
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Capítulo IV - Lazer e esportes
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Capítulo V - Na cozinha
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Capítulo VI - O que vemos e o que ouvimos
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Capítulo VII - Brinquedos
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Capítulo VIII - Gentes, bichos e plantas
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Capítulo IX - Materiais e construções
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Introdução
Depois de lançados os dois primeiros volumes da coleção Física do dia a dia, continuei a receber sugestões de temas que relacionam a Física com a vida diária, e, assim, apresento agora um terceiro volume de perguntas e respostas. Muitas vezes as questões abordam outras áreas do conhecimento, como Química, Biologia, Matemática, Engenharia, Arquitetura etc., mostrando que a Ciência é uma só e que, para conhecer nosso mundo, precisamos de todas as suas facetas. Procurei dar respostas simples e resumidas para cada pergunta, dirigindo-me principalmente a um público leigo. Para as pessoas que quiserem se aprofundar mais em determinado assunto, são oferecidas sugestões de leitura complementar para cada pergunta; muitas vezes, a referência citada não mostra exatamente a resposta para a questão, mas sim os princípios básicos que podem auxiliar no seu entendimento. Infelizmente, para alguns temas, não foi possível indicar leitura em português, e, nesse caso, são citados links em inglês que, se necessário, poderão ser submetidos a uma tradução eletrônica. As pessoas que sugeriram perguntas ou me auxiliaram com as respostas são citadas no texto, e a elas agradeço imensamente. Em particular, agradeço aos especialistas 11
que revisaram cuidadosamente meu trabalho e deram ótimas sugestões: professores Márcio Quintão Moreno, Maria Sílvia Silva Dantas, Paulo Roberto Silva, Ana Márcia Greco de Sousa. Aos leitores que se divertem com a Física tanto quanto eu, proponho que enviem mais sugestões, para que a coleção possa continuar! Belo Horizonte, fevereiro de 2021. Regina
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Capítulo I
Céu e Terra
1- Haroldo, funcionário da companhia elétrica local,
me pergunta o que é o “raio bola” e como ele é formado. Resposta: O raio bola é um fenômeno raro, que ocorre em geral depois de um relâmpago: consiste em uma bola luminosa com diâmetro entre 10 cm e 20 cm, que se desloca próxima ao solo e pode durar entre 1 s e 10 s. Existem duas hipóteses para explicar sua formação: uma diz que ele é formado pela vaporização de sílica (SiO2) presente no solo, com a posterior oxidação do Si; mas isso não explicaria como o raio bola pode atravessar janelas ou outro material isolante, o que já foi relatado algumas vezes. Outra hipótese é que ele se forma devido à concentração de átomos do ar que foram ionizados pela passagem do relâmpago; nesse caso, ao se aproximar da janela, os íons induziriam ionização do ar do outro lado da janela e a formação de uma nova bola no interior, enquanto a bola exterior se dissolveria. Muitos pesquisadores tentaram reproduzir o fenômeno, mas ainda não se tem uma explicação definitiva para ele.1
Para saber mais sobre o assunto, leia:
https://bit.ly/39UZApn. Acesso em: mar. 2021.
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2- Um ouvinte do programa radiofônico Universo
Fantástico pergunta por que desenhamos estrelas com “pontas”, se elas são “bolas de fogo“.
Resposta: Olhando o céu noturno, as estrelas parecem piscar, o que nos leva a representá-las com “pontas” ou “raios”. Na verdade, seu brilho é constante, e o efeito observado é devido à passagem da luz das estrelas em nossa atmosfera: a luz pode ser absorvida por algumas moléculas do ar atmosférico e depois reemitida em direções diferentes, não alcançando nossos olhos. Assim, vemos o brilho aumentar e diminuir sucessivamente, dando a impressão de pulsação.2
3- Por que as estrelas aparecem pequenas no céu, se são do tamanho do Sol, e por que a Lua aparece grande?
Resposta: Nosso cérebro nos ensina a avaliar o tamanho dos objetos de acordo com o ângulo formado pelas linhas que ligam cada uma das suas extremidades aos nossos olhos: em um objeto maior, o ângulo é maior, e, inversamente, para um objeto menor, o ângulo será menor. Um objeto mais distante também será visto através de um ângulo menor, e será interpretado pelo nosso cérebro como sendo menor. Assim, como as estrelas estão muito mais distantes de nós que o Sol, elas parecerão menores, apesar de
Para saber mais sobre o assunto, leia:
https://bit.ly/3wEeES3. Acesso em: mar. 2021.
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terem o mesmo tamanho que o nosso astro. Da mesma forma, a Lua, que é muito menor que o Sol, parece ter o mesmo tamanho aproximado, por estar mais próxima de nós.3
4- Minha neta Ana Julia pergunta: o que forma o
“halo” que vemos em torno do Sol?
Resposta: O halo em volta do Sol acontece devido a um fenômeno óptico que ocorre na alta atmosfera. Nessa região, de temperatura muito baixa, encontram-se pequenos cristais de gelo, que desviam a luz solar incidente sobre eles, formando um círculo luminoso em torno do astro-rei.4
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- Existe influência da Lua nas plantações ou isso é apenas superstição? Resposta: O professor Renato nos explica que sim, pode haver influência da Lua nas plantações. Os insetos que polinizam as plantas se orientam pela luz, agindo principalmente durante o dia, mas, durante a Lua Cheia, em que há bastante claridade durante a noite, eles poderão circular, modificando a polinização. As fases da Lua vão também modificar o sistema de “marés” (atração da parte líquida da Terra pela Lua); isso é bem visível na orla oceânica, mas acontece também com as águas do subsolo, trazendo-as mais para a superfície quando as marés são mais fortes; o terreno mais úmido pode influenciar o desenvolvimento das plantas.5
Para saber mais sobre o assunto, leia:
https://bit.ly/3n6wybP. Acesso em: mar. 2021. https://bit.ly/3t0Ful3. Acesso em: mar. 2021. 5 https://bit.ly/3uwMSVD. Acesso em: mar. 2021. 3 4
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6- O Sistema Solar vai acabar um dia? Quando? Resposta: A previsão sobre a evolução do Sistema Solar é feita observando-se estrelas semelhantes ao Sol que estão em um estágio mais avançado de sua existência. Estima-se que o Sol tenha se formado há cerca de 4,5 bilhões de anos e que esteja na metade de sua “vida”, ou seja, o Sistema Solar deve deixar de existir em cerca de 4,5 bilhões de anos. A energia do Sol é obtida através da fusão nuclear do hidrogênio em hélio, que ocorre em seu interior, gerando enormes quantidades de energia. O fluxo dessa energia, do centro para as bordas, provoca uma força em sentido contrário à da gravidade, que tende a atrair a massa do Sol para o seu centro, e assim o astro está em equilíbrio. Em algum momento, o hidrogênio do interior do Sol vai acabar; não haverá mais geração de energia, e a gravidade vai atrair toda a massa solar para o seu centro; o Sol vai se tornar cada vez menor e mais denso. A contração de sua massa fará com que sua temperatura aumente, permitindo a fusão do hidrogênio das camadas mais externas e também a fusão do hélio em elementos mais pesados. O grande aporte de energia vai provocar uma rápida expansão; o Sol vai aumentar de tamanho, alcançando um diâmetro maior que o das órbitas dos planetas, e então o Sistema Solar não existirá mais. Em uma terceira fase, quando não houver mais combustível, toda a massa do Sistema Solar irá resfriar e contrair, formando uma estrela anã que aos poucos deixará de brilhar.6
Para saber mais sobre o assunto, leia:
SILVA, Adriana V. R. da. Nossa estrela: o sol. São Paulo: Livraria da Física, 2006, cap. 7.
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7- Como seriam os seres de outros planetas? Resposta: Podemos dizer que não é impossível haver vida fora da Terra. Existem mesmo teorias que dizem que a vida na Terra foi originada de micro-organismos vindos do espaço em meteoritos. Caso exista vida fora da Terra, é preciso notar que, em outros planetas, as condições ambientais, tais como a temperatura, a gravidade, a composição da atmosfera, a disponibilidade de elementos químicos ou a fonte de energia (o sol de tal planeta), são diferentes das nossas. A vida na Terra é baseada na presença de certos elementos químicos: O, C, H, N; em outros planetas, pode ser que ela seja baseada na química do Si em vez de C, do H em vez de O ou do N no lugar de C, usando, por exemplo, CH2 ou NO2 em processos metabólicos, em vez de CO2. Mesmo na Terra temos alguns micro-organismos que vivem sem O; e, em uma experiência, foi possível cultivar com sucesso a bactéria E. coli em atmosfera de H2. Assim, os seres de outros planetas podem ser completamente diferentes do que temos na Terra. Há uma hipótese que diz que tais seres existem entre nós, mas não os percebemos por serem invisíveis aos nossos olhos!7 Para saber mais sobre o assunto, leia:
https://bit.ly/3uwMSVD. Acesso em: mar. 2021.
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- Minha nora Gisele pergunta por que o pôr do Sol é mais colorido em dias frios, ou em países frios. Resposta: As moléculas presentes na atmosfera terrestre espalham a luz solar; esse espalhamento varia inversamente com o comprimento de onda da luz. Assim, os comprimentos de onda menores se espalham mais, e o céu aparece azul, enquanto os comprimentos de onda maiores (amarelo, vermelho) só são espalhados quando os raios solares atravessam uma porção maior da atmosfera. Isso acontece quando o Sol está baixo no horizonte (nascer e pôr do Sol), e por isso o céu fica colorido no início da manhã e no final da tarde. Nos dias frios, não há muita movimentação do ar. Essa movimentação, em geral, acontece porque o solo quente aquece as camadas de ar mais baixas, que tendem a subir, provocando o vento. Com pouco vento, as partículas de poeira ou poluição presentes no ar não são dissipadas. Elas também espalham a luz solar, assim como as moléculas do ar. Com a presença de mais partículas, o espalhamento se torna mais efetivo para comprimentos de onda maiores (amarelo, vermelho), e o céu passa a apresentar mais intensamente essas tonalidades.8
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- Meu amigo Craig, do museu Edison Steinmetz (EUA), observou que objetos de densidade diferente caem com a mesma “velocidade”. Isso é verdade? Resposta: Na verdade, os objetos não caem todos com a mesma velocidade. Eles têm todos a mesma aceleração devido à atração gravitacional da Terra. Se partirem do Para saber mais sobre o assunto, leia:
HEWITT, Paul G. Física conceitual. 11. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011, cap. 27. https://bit.ly/3t0Ful3. Acesso em: mar. 2021.
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repouso e da mesma altura, essa aceleração fará com que tenham a mesma velocidade. No entanto, a força gravitacional não é a única que atua sobre um objeto que cai próximo à superfície da Terra: ele sofre também a resistência do ar, que se opõe ao movimento de queda e depende da velocidade do objeto e de sua forma (note que uma folha de papel aberta cai mais devagar que outra amassada). No entanto, a resistência do ar só é facilmente notada em objetos com pouca massa (por exemplo, uma folha de papel), com grandes áreas transversais ao movimento (por exemplo, um paraquedas) ou que estejam em altas velocidades (por exemplo, os carros de corrida). Outros objetos, soltos da mesma altura, cairão com a mesma velocidade, mesmo tendo formas e densidades diferentes (por exemplo, um molho de chaves e um livro).9
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- Se as nuvens são feitas de água, e a água é mais densa que o ar, por que elas não caem? Resposta: As nuvens são formadas por minúsculas gotículas de água, com diâmetro médio de cerca de 1/5 do diâmetro de um fio de cabelo. Sobre essas gotículas age a força da gravidade, puxando-as para baixo, e a resistência do ar, opondo-se a esse movimento. As forças se anulam e fazem com que elas caiam com velocidade tão baixa que, antes de chegar à base da nuvem, as gotículas se evaporam, enquanto outras são criadas no topo da nuvem. Assim, embora a nuvem não caia, ela é sempre renovada, com o desaparecimento das gotículas na base e o aparecimento de outras no topo.10
Para saber mais sobre o assunto, leia:
MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Física – volume único. 2. ed. São Paulo: Scipione, 2007, cap. 2. 10 https://bit.ly/3t0Ful3. Acesso em: mar. 2021. 9
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- Se objetos com densidades diferentes caem com a mesma velocidade, pergunta ainda Craig, por que o ar com diferentes densidades sobe com “velocidades” diferentes? Resposta: Os movimentos de subida ou descida do ar são devidos a uma força denominada empuxo: um fluido (no caso, o ar) exerce sobre objetos colocados nele uma força para cima; se o objeto for menos denso que o fluido, o empuxo será maior que seu peso, e ele subirá. As camadas de ar da atmosfera têm diferentes temperaturas: ao receber a radiação solar, o solo se aquece e transmite calor para a camada de ar mais baixa, provocando a dilatação desta. Com a dilatação, essa camada se torna menos densa que o ar acima dela e sofre o empuxo, que a leva para cima. Camadas de ar que sofreram o aquecimento em diferentes intensidades poderão ter densidades diferentes; quanto maior a diferença entre a densidade das camadas, maior será a força do empuxo, o que pode fazer com que as velocidades de subida sejam diferentes.11
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- Durante a Copa do Mundo na Rússia, os repórteres anunciavam a previsão do tempo para o local e a hora dos jogos de interesse. Entre as informações, era anunciada a temperatura WBGT durante os jogos. O que é essa temperatura? Resposta: A sigla WBGT significa, em inglês, Wet Bulb Globe Temperature; em português, costuma-se usar a sigla IBUTG, que significa Índice de Bulbo Úmido e de Termômetro de Globo. Esse índice avalia as condições climáticas para que os atletas não sejam submetidos a desconforto térmico Para saber mais sobre o assunto, leia:
MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Física – volume único. 2. ed. São Paulo: Scipione, 2007, cap. 2.
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extremo. Durante a atividade física, o atleta precisa eliminar calor para o ambiente, e isso pode ser dificultado se a temperatura externa for muito elevada. Se houver radiação térmica, esta vai aumentar a temperatura corporal do atleta. É preciso também avaliar a umidade do ar, pois, se ela for muito alta, pode dificultar a transpiração. Mede-se, então, uma combinação da temperatura ambiente, da temperatura que considera a umidade relativa do ar e da que leva em conta a radiação térmica. Para isso, usa-se um aparelho que contém três termômetros: o primeiro, de bulbo seco, informa a temperatura ambiente; outro, de bulbo úmido, indica a umidade do ar; e um terceiro, envolvido por um globo negro, dará indicação sobre a radiação térmica num ambiente externo.12
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- O que é um eclipse lunar? Ele é diferente de um eclipse solar? Resposta: O eclipse lunar ocorre quando o Sol, a Terra e a Lua estão alinhados. Se a Terra está entre o Sol e a Lua, a luz solar não pode atingir a Lua: a Terra faz sombra sobre a Lua. O fenômeno não é muito frequente, porque o plano da órbita da Lua em torno da Terra é inclinado com relação ao plano de rotação da Terra em torno do Sol. Somente quando acontece o alinhamento dos três astros temos o eclipse, que vemos sempre em noites de Lua Cheia. Já o eclipse solar acontece quando a Lua se interpõe entre o Sol e a Terra, impedindo-nos de receber os raios solares. Ele acontece sempre durante o dia, em épocas de Lua Cheia, e é preciso também que haja o alinhamento dos três astros.13
Para saber mais sobre o assunto, leia:
https://bit.ly/2OunUa8. Acesso em: mar. 2021. CARVALHO, Regina Pinto de. O globo terrestre na visão da física. Belo Horizonte: Autêntica, 2012, cap. 1.
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- Uma característica do inverno na parte central do Brasil é ter céu limpo, dias quentes e noites frias. Por que isso acontece? Resposta: Durante o inverno, há pouca movimentação vertical do ar atmosférico: como há pouca insolação, o solo não se aquece muito, e o mesmo acontece com a camada de ar próxima a ele. Não ocorre, portanto, a convecção, que faria ar quente subir e ser substituído por ar mais frio. É essa convecção que leva umidade para a atmosfera, e, na sua ausência, há pouca formação de nuvens e o céu se apresenta “limpo”. Na ausência de nuvens, a radiação solar pode alcançar o solo mais facilmente, tornando os dias mais quentes; e à noite, a Terra irradia o calor de volta para o espaço, já que não há uma cobertura de nuvens para impedir a saída dessa radiação, havendo assim uma queda na temperatura. Veja também a questão I-19.14
15- O que é a lua de sangue e por que ela acontece? Resposta: A lua de sangue ocorre durante alguns eclipses lunares, quando a Terra impede a luz solar de iluminar a Lua. Se isso acontecer durante uma superlua – que é quando a Lua está no seu ponto mais próximo da Terra e parece maior que o habitual –, alguns raios do Sol são desviados pela atmosfera da Terra e conseguem alcançar a Lua, iluminando-a fracamente. A atmosfera terrestre espalha a luz, e isso se dá mais fortemente para comprimentos de onda menores (azuis) que para os maiores (vermelhos). Assim, a luz vermelha consegue atravessar a atmosfera e chegar à Lua, dando a ela uma cor avermelhada. Esse fenômeno
Para saber mais sobre o assunto, leia:
https://bit.ly/3t0Ful3. Acesso em: mar. 2021.
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é raro, porque depende da ocorrência, ao mesmo tempo, de um eclipse lunar e da superlua.15
16- Na música “Grilos” (Roberto Carlos e Erasmo
Carlos), Marina Machado canta: “o mundo pesa muitos quilos”. É possível saber o peso do mundo?
Resposta: Na verdade, a unidade “quilo” não representa o peso, mas a massa de um objeto. O peso é a força de atração que a Terra exerce sobre ele e pode também representar a força de atração que a Lua ou algum planeta exerce sobre um objeto em sua superfície. É possível se conhecer a massa da Terra, observando-se a sua trajetória quando se leva em conta principalmente a atração gravitacional do Sol, mas também a da Lua e a dos outros planetas.16
Para saber mais sobre o assunto, leia:
https://glo.bo/39UhWHc. Acesso em: mar. 2021. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K. S. Física 1. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1996, cap. 5.
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- O que é o buraco negro? A imagem divulgada recentemente de um buraco negro corresponde à realidade? Resposta: Meu amigo, o astrofísico Gabriel, explica que os buracos negros são objetos muito massivos e compactos, que concentram em uma pequena região do espaço muitas massas solares, e são formados por estrelas em colapso, ou até bilhões de massas solares, quando existem no centro das galáxias. Por serem muito massivos, exercem uma imensa força de atração gravitacional sobre objetos próximos, e nem a luz consegue escapar dessa atração. Em maio de 2019 se conseguiu a primeira imagem de um buraco negro. Na verdade, o que se vê não é o buraco negro, já que nem a luz escapa dele. A foto representa a radiação emitida pela matéria que orbita em torno desse objeto massivo. Embora seja emitida radiação em diversos comprimentos de onda (raios-X, visível etc.), a imagem foi obtida coletando-se informações de radiotelescópios situados em diferentes partes do globo. Tais telescópios captam ondas de rádio (grandes comprimentos de onda) vindas do espaço, e que são menos absorvidas pelo material das galáxias que ondas de outros comprimentos de onda. Como as ondas de rádio não são visíveis ao olho humano, a imagem foi colorizada artificialmente, para que se possa ter uma ideia do que ocorre na região observada. Os cientistas Roger Penrose (Reino Unido), Andrea Ghez (EUA) e Reinhard Genzel (Alemanha) receberam o prêmio Nobel de Física de 2020 por seus estudos sobre buracos negros.17
Para saber mais sobre o assunto, assista:
https://bit.ly/3wFQDdi. Acesso em: mar. 2021.
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- Como se formam os nevoeiros? E por que eles se levantam algumas horas após o nascer do Sol? Resposta: Em noites de céu limpo, o solo se resfria, irradiando o calor recebido do Sol durante o dia. Nesse processo, a porção da atmosfera próxima ao solo é também resfriada, e a umidade contida no ar se condensa, formando, próximo ao solo, o nevoeiro, que é composto de gotículas de água. Após o nascer do Sol, o solo começa a se aquecer e transfere calor para a camada de ar próxima a ele, evaporando assim as gotículas de água. Ou seja, o nevoeiro evapora a partir da base, o que dá a impressão que ele está “levantando”. Veja também a questão III-8.18
19- Por que, quando o céu fica encoberto pelas
nuvens à noite, o clima fica abafado?
Resposta: Durante o dia, a radiação solar que incide sobre a Terra provoca o aquecimento do solo e das águas. Durante a noite, esse calor é irradiado novamente para o espaço. Porém, se houver nuvens no céu durante a noite, elas vão formar uma camada isolante que impede a saída do calor armazenado na superfície da Terra durante o dia: as nuvens absorvem radiação na faixa do infravermelho (que sentimos como calor) e a irradiam novamente, parte para o solo e parte para o espaço. Veja também a questão I-14.19
Para saber mais sobre o assunto, leia:
https://bit.ly/3t0Ful3. Acesso em: mar. 2021. Idem.
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