Meteorologia Artesanal Sara Sofia Eusébio da Pena Fonseca Luísa Maria F. G. Silva Azevedo Filipe Miguel Costa Marques ClubeCV Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde
Agradecemos ao Sr. Darcílio, ao João Paulo e ao Moniz toda a sua arte em materializar as ideias em objectos. Agradecemos ao Lino, à Cristiana e à Profª Ana Carla as lições de física, de matemática e de excel. 2
Índice: Introdução.. 4 1ª Parte - Estação Meteorológica: 1.1 Termómetro.. 5 1.2 Pluviómetro.. 5 1.3 Higrómetro..7 1.4 Barómetro..8 1.5 Anemómetro.10. 2ª Parte- Índice de Conforto Climatérico..14 Conclusão Bibliografia..16..17 Anexos 3
Introdução O trabalho aqui apresentado foi desenvolvido no âmbito das actividades regulares do ClubeCV Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde (mais informações em http://viladoconde.cienciaviva.pt/clube). O Centro Ciência Viva de Vila do Conde possui uma estação meteorológica automática (figura 1) que mede e regista, em intervalos pré-definidos (actualmente, de 5 em 5 minutos) os parâmetros que permitem avaliar as condições climatéricas do local: temperatura, humidade, pluviosidade, pressão, potencia radiante por unidade de área, direcção e velocidade do vento. Esses dados são enviados para um computador (figura 2) que, através de um software adequado (figura 3), permite obter e tratar esses registos; além disso, o software permite também o envio desses dados para a Internet, onde podem ser consultados por todos em http://viladoconde.cienciaviva.pt/meteo (figura 4). Com este poderoso recurso disponível surgiu, naturalmente, no âmbito do ClubeCV, trabalhos na área da meteorologia, do qual este é um exemplo. Figura 1 Uma vez que automatização esconde o processo de medida das grandezas envolvidas, pois tratam-se de sensores electrónicos, pretendeu-se, numa primeira abordagem ao tema da meteorologia, construir de forma rudimentar aparelhos que permitissem medir as grandezas disponibilizadas pela estação, de forma a tornar claro o processo de aquisição desses dados. Assim, na primeira parte deste trabalho, foi construída uma estação meteorológica artesanal, com um pluviómetro (medição da pluviosidade), higrómetro (medição da humidade), um barómetro (medição da pressão atmosférica) e um anemómetro (medição da direcção e velocidade do vento). Não foi construído nenhum termómetro por se ter considerado que era um aparelho de Figura 2 medição bastante usual e conhecido de todos. No entanto, estudamos um pouco os seus aspectos teóricos e o seu modo de funcionamento. A construção do barómetro e do anemómetro foi feita baseada em relatos feitos pessoas de idade em relação a aparelhos antigos que por vezes haviam nas aldeias para esses fins. Na segunda parte é apresentado o Índice de Conforto Climatérico (um confortómetro). A ideia foi combinar os vários factores que condicionam a nossa sensação de conforto físico (temperatura, humidade, vento, sol) num único valor de uma escala de 0 a 100%, que traduzisse o nível de conforto que uma pessoa sujeita a essas condições sentiria se não tivesse nenhum tipo de abrigo, para além da roupa usual no nosso clima. Obviamente que, por definição, o confortómetro será um índice subjectivo (a nossa calibração pode não coincidir com a desejada por outra pessoa). Ficamos posteriormente a saber que, a nível da climatologia, vários autores produziram índices desta natureza bastante mais elaborados e entrando com outros factores (por exemplo, o tipo de roupa) e pensamos, posteriormente, aprender um pouco mais e melhorar o nosso Índice de Conforto Climatérico. 4
1ª Parte - Estação Meteorológica Artesanal 1.1 - Termómetro O Termómetro é um sistema termodinâmico 1 que permite medir a temperatura, recorrendo a uma propriedade física, chamada propriedade termométrica, cujo o valor é alterado unicamente pela temperatura. Há várias grandezas termométricas, mas a mais usual é o volume. A escala de Celsius (ºC) apresenta dois pontos fixos (chama-se ponto fixo a temperatura de um estado de equilíbrio convenientemente escolhido): 0 ºC: Ponto do gelo (é a temperatura do gelo à pressão de uma atmosfera). 100 ºC: Ponto de vapor (é a temperatura de ebulição da água ou de condensação do vapor à pressão normal). Uma vez que o termómetro é um aparelho de uso bastante corrente e com o qual nos encontramos familiarizados, optamos por não construir nenhum. O valor da temperatura, na nossa estação, é obtido por consulta do termómetro a seco do higrómetro. 1.2-Pluviómetro 1 mm 1 m 2 Um pluviómetro é um instrumento que recolhe água da chuva e determina o valor da precipitação, medida em milímetros, onde a precipitação de 1mm corresponde à altura de água recolhida numa área de 1 metro quadrado. À pluviosidade de 1 mm, corresponde à queda de 1 litro de água por metro quadrado 2. Construção do pluviómetro O nosso pluviómetro consiste num recipiente cilíndrico graduado em mm, que permite medir a pluviosidade num determinado intervalo de tempo. Ao cilindro principal anexou-se um funil para que a área de recolha da água fosse um pouco maior. d 1 d 2 1 A termodinâmica é a parte da física que se ocupa das propriedades da matéria relacionadas com o calor e a transformação deste em energia 2 V=1 mm x 1 m 2 = 10-3 m 3 = 1dm 3 = 1 L 5
Calibração do pluviómetro (determinação da sua escala) Medições efectuadas (valores médios após várias medições) A área onde se recolhe a chuva é a área de abertura do funil de diâmetro d 1 (raio r 1 ), enchendo um cilindro de diâmetro d 2 (raio r 2 ). d 1 =15,30 cm d 2 =6,30 cm Cálculos: Área de entrada da água (área do funil) A funil = π r 1 2 A funil = π (7,650x10-2 m) 2 Área da secção recta do cilindro A funil = 1.838x10-2 m 2 A cilindro = π r 2 2 A cilindro = π (3,150x10-2 m) 2 A cilindro = 3.117x10-3 m 2 Volume correspondente à altura de 1 cm de água no ciliondro (V 2 ): V 2 = A cilindro x h V 2 = 3.117x10-3 x 1x10-2 V 2 = 3.117x10-5 m 3 Volume de água V caído em 1 m 2 que corresponde a 1 cm de altura no cilindro: -5 3 3.117 x 10 m V = -2 2 2 1.838 x 10 m V= 1.696x10-3 m 3 1m Valor correspondente de pluviosidade P: -3 10 m 1mm 3 1.696 x 10 = P mm -3 m 3 P= 1.696 mm Ou seja, 1 cm de altura de água no cilindro corresponde a uma pluviosidade de 1,7 mm. Portanto, a escala do cilindro, de 1 e 1 mm, terá de ser marcada de 0,59 ~0.6 cm em 0.6 cm. 6
1.3 Higrómetro Para conhecer o estado hidrográfico da atmosfera é necessário exprimir o seu conteúdo em água, o que pode ser feito de duas formas: 1- Humidade Absoluta: é a massa de vapor de água existente por cada unidade volume de ar (geralmente expressa em kgm -3 ou gm -3 ); 2- Humidade Relativa (ou estado higrométrico do ar): traduz o quociente, a uma determinada temperatura, entre a massa de vapor de água que existe na atmosfera e a massa de vapor de água que existiria se a atmosfera estivesse saturada a essa temperatura. A Humidade relativa exprime-se em percentagem (0% a 100%). Quando o ar está saturado de vapor de água, existe a quantidade máxima de vapor de água possível para essa temperatura. A humidade do ar é o principal factor de formação das nuvens, chuva, geada e neve, que são ocasionadas pelo arrefecimento do ar húmido, provocando a condensação do vapor de água. A humidade do ar mede-se com aparelhos chamados higrómetros. Para a nossa estação vamos construir um higrómetro de evaporação ou psicómetro. A base de funcionamento do psicómetro consiste no facto da evaporação da água produzir arrefecimento, pois necessita de energia para passar do estado líquido ao gasoso, que vai retirar à vizinhança. Quanto mais húmido estiver o ar menos a água evapora e, se estiver saturado, não há evaporação. Por isso, quanto mais húmido estiver o ar, mais próximos se encontram os valores dados pelos dois termómetros. Por outro lado, quanto maior for a temperatura do ar, mais facilmente a água evapora pois há mais energia disponível para a sua passagem do estado líquido ao gasoso. Por isso, o valor da humidade relativa terá de ter em conta a temperatura do ar (a seco). A determinação da humidade relativa vai, então, ser dada por comparação entre a temperatura fornecida pelo termómetro a seco e o termómetro molhado, utilizando-se a seguinte tabela de dupla entrada: Diferença de temperaturas entre o termómetro seco e o termómetro molhado (em ºC) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Temperatura 10 e 14 85 75 60 50 40 30 15 5 0 0 do termómetro 15 e 19 90 80 65 60 50 40 30 20 10 5 seco entre (ºC) 20 e 25 90 80 70 65 55 45 40 30 25 20 7
Exemplo de uma medição: θ seco = 20,0ºC θ molhado = 18,0ºC humidade = 80% Comparação com o valor da estação automática (humidade=74,2%): diferença de 7,3% Esta diferença não nos espanta, pois para além dos métodos de medida serem diferentes, o que pode conduzir a pequenas diferenças, a estação automática se encontra a mais de 9 metros do solo e a nossa medição da humidade foi feita no exterior, mas junto ao solo. 1.4 Barómetro O ar da atmosfera, preso à Terra pela sua atracção gravítica, exerce pressão sobre todos os objectos nela situados. A pressão atmosférica é exercida em todas as direcções, no entanto nós não nos sentimos pressionados porque os líquidos das nossas células e o sangue que circula nas nossas artérias, veias e vasos capilares, também exercem pressão de dentro para fora equilibrando a pressão exterior. Definição de pressão: força por unidade de área F P = A A unidade de Pressão do Sistema Internacional de Unidades é o pascal, Pa, que corresponde a se exercer uma força de 1 newton por cada metro quadrado. A pressão atmosférica normal é de 101290 Pa, ou seja, o pascal é uma unidade muito pequena comparada com a pressão atmosférica normal. Usase, então, em meteorologia, outras unidade para a pressão atmosférica, como a atmosfera, atm (1 atm = 1.013 x 10 5 Pa), o bar (1 bar = 10 5 Pa) e o milímetro de mercúrio, mmhg (1 atm = 1.013 x 10 5 Pa = 760 mmhg). A estação meteorológica apresenta a pressão atmosférica em milibar (ou hectopascal). A pressão atmosférica normal ao nível médio do mar é de 760 mmhg ou 1013 hpa ou ainda 1013 mbar. A pressão atmosférica é medida com aparelhos chamados barómetros (de metro=medir + baro=peso). Há barómetros de vários tipos e, com base num relato de um aparelho antigo, uma espécie de bule de vidro cheio de água que media a pressão, concluímos que se deveria tratar de um sistema de dois vasos comunicantes em que um deles se encontraria hermeticamente fechado contendo uma bolsa de ar que se contrairia ou distenderia consoante a pressão atmosférica aumentasse ou diminuísse no outro tubo. A pressão atmosférica estaria a ser medida pela deformação provocada na massa de ar. Assim, tentámos construir algo de semelhante, mas o único objecto transparente que encontrámos que pudesse servir foi o galheteiro da figura 4. O nosso primeiro barómetro a água não funcionou, com algum desânimo nosso, mas rapidamente percebemos o problema: é que a área do bico do galheteiro é praticamente igual à área corpo da peça, onde se encontra o ar. O truque consiste em fechar a bolsa de ar num recipiente muito mais largo do que o outro tubo, de modo a que uma pequena variação de volume possa ser facilmente perceptível no outro tubo, de muito menor área de secção recta. A ideia evoluiu até tomar a forma do dispositivo da figura. O nosso barómetro consiste numa bolsa de ar A que se encontra presa dentro de um recipiente cilíndrico B cheio de água. Este cilindro está ligado a outro C, mais fino. Á medida que a pressão 8
atmosférica varia, varia também a força exercida na superfície livre da água no tubo C. Caso a pressão aumente, empurra a água, comprimindo o ar que se encontra em A: o nível da água em C baixa. Caso a pressão diminua, a força exercida no ar diminui, aumentando o seu volume e, logo, o nível da água em C sobe. B C A ar água De modo a podermos saber as dimensões mais adequadas, procedemos da seguinte maneira: Assumindo que o ar contido em A se comporta como um gás perfeito, em que a pressão e o volume são grandezas inversamente proporcionais, se a temperatura for constante. Admitindo que a temperatura é constante, teremos, então: P i V i =P f V f Ou, ainda, P i V i =(P i + P) (V i + V) A variação de volume V sofrida pelo ar num aumento de pressão P será, então P V = Vi Pi + P Se o cilindro B tiver um raio da base r B e uma altura inicial de ar h B, a equação anterior virá 2 P V = hbπ rb Pi + P Uma variação V no volume de ar irá empurrar (ou ser preenchido) por igual volume de água, provocando uma igual variação de volume de água no tubo C, de raio r C, que corresponderá a uma variação de altura h C : 2 2 P hcπ rc = hbπrb Pi + P de onde se retira, finalmente, que 2 r B P hc = hb r C Pi + P Ou seja, a variação da altura da água em C depende da altura de ar contido em B, da variação de pressão, da pressão inicial do ar contido no tubo B e, essencialmente, do quadrado do quociente entre os raios das bases dos dois tubos. 9
Assim, concluímos que se fechássemos o tubo B quando a pressão atmosférica fosse normal (P i = 1013 hpa) e com uma altura de ar de 10 cm (h B = 0,1 m), para um cilindro B de raio da base 10 cm e um cilíndro C de raio da base 1 cm, uma oscilação de pressão P da ordem do 1 hpa, produziria no tubo C uma subida ou descida de líquido de quase 1 cm, o que seria facilmente perceptível, mesmo atendendo a que a temperatura não será na realidade constante e que o ar não é um gás perfeito. Por outro lado, consultando o historial da estação meteorológica, concluímos que o tubo C teria de ser suficientemente longo para suportar variações de pressão de cerca de 990 hpa até 1040 hpa, pelo que um comprimento de 50 cm seria suficiente. A calibração do barómetro é feita com base nos valores fornecidos por outro barómetro, ou pode ser utilizado unicamente para detectar subidas ou descidas da pressão atmosférica em relação a uma dada situação inicial: Uma vez que a temperatura não é usualmente constante, optámos por não fazer uma calibração definitiva, mas colocar apenas uma marca no tubo assinalando a pressão normal, até porque o nível de água no tubo também é afectado por fenómenos de evaporação de água no tubo mais pequeno e pelo equilíbrio entre a água no estado líquido e água no estado gasoso na bolsa de ar contida em A (que também depende da temperatura). Nota-se, alias, a formação de pequenas gotículas de água na superfície interior do tubo B, mais visíveis quando a temperatura arrefece, como é de se esperar (o que permite saber se a temperatura tem vindo a aumentar ou a diminuir, pelo aspecto do orvalho que cobre o tubo). De qualquer modo, o barómetro tem se comportado razoavelmente como o esperado: por exemplo, a uma variação de pressão dos 1018 mbar para os 1021 mbar provocou uma descida do nível da água no tubo C de 3,5 cm. 1.5 Anemómetro A base de funcionamento do nosso anemómetro consiste numa placa rectangular P que pode girar em torno de um eixo coincidente com um dos seus lados mais estreitos. Esta placa é colocada num sistema giratório, que roda à medida que o vento sopra de modo a que o vento incida sempre de frente. A base tem marcada a rosa-dosventos de modo a que, estando esta correctamente orientada com os pontos cardeais, fornecer a direcção ou rumo do vento. Quanto mais forte for o vento, maior será a força que exercerá na placa, rodando este a um ângulo maior em relação à sua posição vertical (sem vento). Assim, a calibração do anemómetro consiste na obtenção da relação entre o ângulo rodado θ e a velocidade V do vento, que será gravada numa placa B de modo a facilitar a sua leitura. yy P Para determinar a velocidade do vento em função do ângulo rodado, começouse por analisar as forças aplicadas na placa (figura 6). Na posição vertical, sem vento, a força gravítica F g da placa é equilibrado pela reacção R no suporte. Quando o vento sopra, surge uma nova força F e, para uma dada posição de equilíbrio formando um ângulo θ com a vertical, há necessidade de decompor as forças aplicadas segundo duas direcções, y e x, paralela e perpendicular à placa, respectivamente: F θ P θ F g θ xx 10
Na direcção x, a componente Fg x é um vector simétrico da componente F x. Fg x = F x (equação 1) Na direcção y, a reacção R do suporte iguala a soma das componentes P y e F y. R = Fg y + F y. (equação 2) Uma vez que Fg x = Fg sen θ e F x = F cos θ substituindo na equação 1 obtêm-se Fg sen θ = F cos θ ou F = mg tg θ (equação 3) onde m é a massa da placa e g a aceleração da gravidade. A massa m pode ainda ser substituída pela massa volúmica do material ρ mat vezes o volume que, tratando-se de uma placa rectangular, será igual à sua área A vezes a espessura h: F = ρ mat A h g tg θ (equação 4) O vento, ao soprar, exerce uma força distribuída por toda a área A de contacto. Assim, a força F exercida pelo vento, pode ser obtida multiplicando a pressão P pela área A de contacto: F = P A (equação 5), que, substituindo na equação 4, resulta P A = ρ mat A h g tg θ (equação 6) obtendo-se uma equação independente da área P = ρ mat h g tg θ (equação 7). Por consulta em livros, nomeadamente os números [4] e [6] da bibliografia, ficámos a saber que, como seria de esperar, a força de pressão exercida por um gás está relacionada com a sua massa volúmica e com a velocidade média das suas partículas constituintes (mais correctamente, com o quadrado a sua velocidade média), pela expressão _ 2 1 3 ρ ar v P = (equação 8). No nosso caso, em que o gás é o ar e, portanto, trata-se de uma mistura de várias substâncias moleculares (oxigénio, azoto, dióxido de carbono, monóxido de carbono) e obtivemos (nos livros referidos) para a sua densidade aproximada (depende da mistura concreta e da sua temperatura) o valor d ar = 0,00129. Tem que ser considerada a velocidade média das partículas, pois moléculas do gás não se movem todas exactamente com a mesma velocidade, mas apresentam uma distribuição de valores em torno de um valor mais provável (grosso modo, o valor médio). Substituindo a equação 8 na equação 7, obtêm-se _ ρ v = mat 3hg tgθ (equação 8). ρ ar 11
uma expressão que relaciona a velocidade média das partículas do ar (vento) em função do ângulo θ, como era pretendido (os restantes parâmetros são conhecidos ou podem ser determinados). Fizemos primeiro os cálculos para os valores tabelados para diferentes metais, e concluímos que o ideal seria construir dois anemómetros: um com a placa de alumínio (d=2,7), para media as brisas mais suaves, e outro de ferro (d=7,8) para as rajadas mais vigorosas. Posteriormente, confirmamos o valor das densidades, pesando as placas construídas e medido o seu volume (pelo método do volume de líquido deslocado, uma vez que a peça real não é um paralelepípedo perfeito), obtendo valores concordantes. placa de alumínio Placa de aço massa/g 15.81 48.11 volume/cm 3 6 6 Massa volúmica/ g cm -3 2,6 8,0 Uma vez que a medição do volume não foi muito rigorosa, pois a sua menor divisão era de 2 ml (para que coubesse a placa dentro da proveta, teve de ser uma de capacidade 250 ml), vamos adoptar os valores tabelados. Este procedimento, no entanto, serviu para validar os materiais utilizados. Usamos em seguida uma folha de cálculo para calcular o valor de V em função do θ. Segue-se os valores obtidos, de 5 em 5 graus, bem como a sua representação gráfica, apresentando-se os valores mais pormenorizados em anexo (de grau em grau). Coso seria de esperar, o sistema falha para os 90º, pois a função nesse ponto tende para infinito. Aspecto da folha do Excel que calculou os valores da velocidade do vento em função do ângulo para a placa de aço. ρ_mat 7.8 "aço" ρ_ar 0.00129 Esp 0.001 g 9.8 θ v km/h 0 0.0 0.0 5 3.9 14.2 10 5.6 20.2 15 6.9 24.8 20 8.0 29.0 25 9.1 32.8 30 10.1 36.5 35 11.2 40.2 40 12.2 44.0 45 13.3 48.0 50 14.6 52.4 55 15.9 57.4 60 17.5 63.2 65 19.5 70.3 70 22.1 79.6 75 25.8 92.7 80 31.8 114.3 85 45.1 162.3 90 ######## ###### 12
Aspecto da folha do Excel que calculou os valores da velocidade do vento em função do ângulo para a placa de alumínio. ρ_mat 2.7 g/cm 3 "alumínio" ρ_ar 0.00129 g/cm 3 Esp 0.001 m G 9.8 m/s 2 θ V (m/s) V (km/h) 0 0.0 0.0 5 2.3 8.4 10 3.3 11.9 15 4.1 14.6 20 4.7 17.0 25 5.4 19.3 30 6.0 21.5 35 6.6 23.6 40 7.2 25.9 45 7.8 28.2 50 8.6 30.8 55 9.4 33.7 60 10.3 37.2 65 11.5 41.4 70 13.0 46.8 75 15.2 54.6 80 18.7 67.3 85 26.5 95.5 90 ######## ###### Para além da velocidade do vento, o nosso aparelho pode servir para medir o fôlego de cada um É enviado em formato electrónico um pequeno filme com o anemómetro em funcionamento. 13
2ª Parte - Índice de Conforto Climatérico Pensando no que poderia ser feito para explorar um pouco mais os dados que tínhamos à nossa disposição fornecidos pela estação meteorológica automática 3, pensámos em fazer um confortómetro, construir um parâmetro obtido numericamente e que avaliasse o índice de conforto fornecido por um determinado conjunto de parâmetros meteorológicos. Todos sentimos que o valor da temperatura por si só não chega para produzir conforto: um valor muito alto de humidade e de temperatura (climas asiáticos) pode ser muito desconfortável e quantos dias de praia não foram perdidos devido ao vento... Por outro lado, dias muito frios podem ser bem mais agradáveis se se tratar de um clima seco. Assim nasceu o Índice de Conforto Climatérico (I cc ). Para a construção do I cc pensamos em quantificar a importância que cada um dos parâmetros dados pela estação meteorológica teria para nós se estivéssemos sujeitos a eles, no exterior, sem qualquer tipo de abrigo (sombra, cobertura, tapa-vento), com a roupa adequada à época e para o nosso clima. Assumidamente subjectivo, concluímos que o I cc deveria contemplar os parâmetros t, h, v e s que corresponde à temperatura, humidade, velocidade do vento e piranómetro (sol). Não foi incluído o parâmetro pluviosidade, pois consideramos que se estiver a chover, o índice de conforto será zero. Os restantes factores irão contribuir da seguinte maneira: 1- O principal factor de conforto climatérico é a temperatura, que deverá contribuir para o I cc com um peso de 40%. Os restantes três factores deverão contribuir com 20% cada um. 2- O valor óptimo da temperatura será atribuído para os 20ºC e à medida que a temperatura se afasta deste valor, aumentando ou diminuindo, o I cc deverá diminuir, de modo a que se tenha reduzido significativamente para t = 10 ºC ou t = 30 ºC. Consultando bibliografia, nomeadamente [5], aprendemos que a função matemática que nos interessava se chama Função de Gauss. Embora não tenhamos possibilidade de compreender completamente a sua expressão matemática, usámos o excel para representar esta função aplicada ao nosso problema, e vimos como a sua representação gráfica correspondia exactamente ao pretendido. Variámos os seus parâmetros até ter a abertura pretendida e o valor máximo de 1 (100%). Chamámos T a esta função, que irá contribuir com um peso de 40% para o I cc, que variará entre o 0 e o 100% (desconforto total e conforto total, respectivamente). 3- Procedemos de modo idêntico para a humidade relativa, criando a função H que apresenta o valor máximo de 1 para os 50% de humidade e desce para os 0,5 nos valores de 30% e 70%. Um ambiente demasiado seco é desconfortável pela secura que provoca na pele, mucosas e olhos. Um valor demasiado alto, além de prejudicial à saúde, dificulta a evaporação da sudação, para as temperaturas altas, não deixando arrefecer tão eficientemente o corpo como pretendido e, para as temperaturas baixas, onde a sudação não ocorre, facilita o arrefecimento do corpo pois o ar tornase melhor condutor térmico, o que não é desejável. 4- Os parâmetros V e S vão ser ligeiramente diferentes consoante o valor da temperatura que se regista: a. se a temperatura for amena, digamos entre 15 e 25 graus celcius, considera-se agradável um sol moderado e uma brisa muito suave. O máximo da função S 4 vai ser atribuído aos 500 w/m 2 e o máximo da função V para os 0,5 m/s. b. se a temperatura for fria, inferior a 15 graus celcius, será bom que esteja sol e o vento é de todo indesejável. O máximo da função S vai ser atribuído aos 800 w/m 2 e o máximo da função V para os 0 m/s. 3 Análises climatológicas não são adequadas neste momento pois a estação tem apenas um ano de registos efectuados, o que é pouco para este tipo de estudo. 4 O valor do piranómetro varia entre 0 e os 850 W/m 2 (verão, no meio-dia solar). 14
c. se a temperatura for quente, superior a 25 graus celcius, será bom que o sol não esteja muito forte e um pouco de vento é agradável. O máximo da função S vai ser atribuído aos 400 w/m 2 e o máximo da função V para os 2 m/s. A execução do I cc ficou a cargo do programa Excel: introduzindo-se os valores dos parâmetros, ele efectua automaticamente os cálculos (a folha de cálculo que executa o I cc é enviada em anexo em formato electrónico) Aqui ficam alguns exemplos de valores obtidos para o Índice de Conforto Climatérico (não quer dizer que todas as situações ocorram no nosso clima, apenas se pretende testar o modelo teórico): Situação A- Tempo frio, húmido, com vento e sem sol TEMP 8 ºC HUMID 90 % VENTO 6 m/s SOL 200 W/m 2 Icc 6 % Situação B- Tempo frio, seco, sem vento e com sol TEMP 8 ºC HUMID 50 % VENTO 0 m/s SOL 700 w/m2 Icc 59 % Situação C- Tempo ameno, seco, sem vento e com sol TEMP 18 ºC HUMID 50 % VENTO 0 m/s SOL 700 w/m2 Icc 91 % Situação D- Tempo quente, húmido, sem vento e com sol TEMP 27 ºC HUMID 90 % VENTO 0 m/s SOL 800 w/m2 Icc 47 % 15
Situação E- Tempo quente, seco, com vento e sem sol TEMP 27 ºC HUMID 50 % VENTO 2 m/s SOL 200 w/m2 Icc 54 % Como já foi referido na introdução, tomámos conhecimento recentemente de vários índices construídos com finalidades idênticas, e tomando em consideração ainda outros factores, como sendo, por exemplo, a roupa vestida. Iremos portanto, prosseguir na investigação desta área para nós até aqui desconhecida, no sentido de aperfeiçoar o I cc até porque contém várias imperfeições (em nossa opinião, por exemplo, não pondera correctamente o factor vento a altas temperaturas). Assim que o índice atingir um certo grau de maturidade, pensamos colocá-lo na página da estação meteorológica, pois achamos interessante avaliar num único parâmetro todos os condicionantes climatéricos em simultâneo. Conclusão A Humanidade sempre teve o desejo de prever o estado atmosférico. Actualmente, os serviços de meteorologia fazem previsões com rigor até cerca de 10 dias, e essas previsões são feitas através das medidas de pressão atmosférica, temperatura, precipitação, humidade e através da velocidade e a direcção do vento. Os centros de meteorologia fazem previsões que resultam da utilização de modelos matemáticos e físicos, e do uso de computadores rápidos para a execução de cálculos Mas essas previsões estão sujeitas a erros, porque a atmosfera é um sistema muito complexo, os dados não são suficientes e são medidos com incertezas. Tendo em conta que a estação meteorológica automática pode falhar, despertou-nos uma certa curiosidade em construir os instrumentos que fazem parte de uma estação meteorológica (pluviómetro, barómetro, higrómetro e anemómetro), até para perceber como essas parâmetros podiam ser obtidos. No fim da construção, dos cálculos realizados e de todo o empenho obtivemos bons resultados, com o bom funcionamento de todos os instrumentos e uma maior cultura geral acerca da meteorologia. Com o Índice de Conforto Climatérico aprendemos a brincar um pouco com a matemática e impressionou-nos a capacidade de cálculo dos computadores, aprendendo muitas funções do programa Excel que até aqui desconhecíamos. 16
BIBLIOGRAFIA [1] Martins, Anabela Física em temas 9º ano, Porto Editora, 1995 [2] Fiolhais,C., Valadares,J., Silva,L. e Teodoro.V. Física 9º ano, Didáctica Editora, 1997 [3] Mendonça,L. e Ramalho,M. Física no mundo em transformação 9º ano, Texto Editora, 1997 [4] Walker,H. Fundamento da Física (gravitação, ondas e termodinâmica), Livros técnicos e científicos editora S.A, 1996 [5] Acton, J.R. & Squire, P.T. Solving equations with Physical Understanding, Adam Hilger Lta, 1985 [6] Bohr, M. Física Atómica, Fundação Calouste Gulbenkian Consulta do site : www.viladoconde.cienciaviva.pt 17