UFRGS FIS LIT ING ESP 2018
A velocidade máxima do vento no furacão Irma em setembro/2017 chegou a 346 km/h, o que o classifica como um furacão de categoria 5.
Segundo um modelo teórico desenvolvido no MIT (Massachuttes Institute of Thecnology), um furacão pode ser tratado como uma máquina de calor de Carnot. A tempestade extrai calor do oceano tropical quente (água como fonte de calor) e converte parte do calor em energia cinética (vento).
Nesse modelo, a velocidade máxima Vmáx pode ser obtida da equação
\(V_{max}=\sqrt{\left(\frac{T_{oce}-T_{atm}}{T_{atm}}\right)E}\)
Nessa equação, Toce e Tatm são, respectivamente, a temperatura da superfície do oceano e a temperatura no nível do topo da nuvem a cerca de 12 a 18 km, ambas em K, e E corresponde à taxa de transferência de calor do oceano para a atmosfera.
Considere, no modelo, os seguintes processos.
I - Diminuição da temperatura na superfície do oceano.
II - Aumento na diferença de temperatura entre a superfície do oceano e o topo da nuvem na atmosfera.
III- Diminuição na taxa de transferência de calor.
Quais processos contribuem para o aumento da velocidade máxima do vento em um furacão?
Apenas I.
Apenas II.
Apenas III.
Apenas I e II.
I, II e III.
Resolução
Para determinar quais processos aumentam a velocidade do vento em um furacão, vamos analisar a expressão:
\[ V_{\text{max}} = \sqrt{\left(\frac{T_{\text{oce}} - T_{\text{atm}}}{T_{\text{atm}}}\right) E} \]
Nessa equação:
- Toce é a temperatura da superfície do oceano (em K);
- Tatm é a temperatura no topo da nuvem (em K);
- E é a taxa de transferência de calor do oceano para a atmosfera.
A velocidade máxima Vmáx depende do fator \( (T_{\text{oce}} - T_{\text{atm}})/T_{\text{atm}} \), que representa a diferença relativa de temperatura entre as duas regiões, e da taxa de transferência de calor E. Para a velocidade Vmáx ser maior, é desejável aumentar a diferença de temperatura entre o oceano e a atmosfera ou aumentar a taxa de calor E. O processo II, que fala do aumento da diferença de temperatura, aumenta diretamente Vmáx.
Já a diminuição da temperatura na superfície do oceano (I) diminui essa diferença, reduzindo Vmáx. Da mesma forma, a diminuição na taxa de transferência de calor (III) também reduz Vmáx. Logo, apenas o processo II contribui efetivamente para o aumento da velocidade máxima do furacão.
Resposta correta: B (Apenas II).
Dicas
Erros Comuns
Conceitos importantes:
- Termodinâmica e máquinas térmicas: Um furacão pode ser aproximado a uma máquina térmica de Carnot, onde há extração de calor de um reservatório quente (oceano) e rejeição de calor em um reservatório frio (atmosfera em altitude maior).
- Diferença de temperaturas: Para maximizar o rendimento ou a extração de energia, é importante que a diferença de temperaturas seja grande; no caso do furacão, isso influencia a energia convertida em ventos.
- Taxa de transferência de calor: Representa quão rapidamente o calor é transferido do oceano para a atmosfera; quanto maior essa taxa, mais energia para alimentar a tempestade.
