No nosso cotidiano estamos sujeitos à Pressão Atmosférica. No entanto, o que acontece quando estamos no vácuo do espaço, expostos à pressão zero, ou até mesmo quando estamos no fundo do mar expostos às altas pressões? Diferentemente do que vemos no cinema, a realidade pode ser um pouco menos dramática e chocante, mas ainda assim perigosa. Por essa razão foram realizados experimentos com animais, elaboradas câmaras de simulação, criados trajes especiais, dentre outros, tudo isso para contornar as limitações físicas do corpo humano e explorar cada vez mais.
A Pressão Atmosférica, citada anteriormente, também chamada de Pressão Barométrica, é a força exercida por unidade de área pela coluna de ar acima de nós. Isso quer dizer que o ar exerce uma força sobre as superfícies imersas nele, ou seja, quanto maior for a quantidade de ar acima dessa superfície, maior será também a força exercida pelo ar. Assim, a Pressão Atmosférica é uma grandeza escalar, resultante da colisão entre essas moléculas, presentes no gás atmosférico, e os corpos inseridos no mesmo. Uma vez que o ar é entendido como um fluido, a pressão exercida sobre os corpos depende da profundidade em que estes se encontram. Ou seja, quanto maior for a altitude menor será o módulo da pressão atmosférica, tornando o ar rarefeito. Essa redução na pressão acontece justamente porque a quantidade de ar acima desse ponto é menor. Em contrapartida, os maiores módulos de pressão atmosférica estão no nível do mar. A Pressão Atmosférica pode ser dada em diversas unidades, as mais utilizadas são o atm (atmosfera) e o pascal (1 atm = 1,01.105 Pa).
Ainda em “Terra” firme
A pressão atmosférica pode ser medida por meio de um instrumento, muito utilizado em meteorologia, denominado Barômetro. Atualmente, existem dois tipos: os barômetros de mercúrio e os barômetros aneroides que são metálicos e menos precisos.
O barômetro de mercúrio, inventado por Evangelista Torricelli (1608–1647) em 1643, é composto por um tubo de vidro em posição vertical contendo mercúrio, com o topo fechado, fixo em uma base. A descoberta se deu quando Torricelli encheu o tubo de vidro com mercúrio e o tampou com o dedo, para em seguida, invertê-lo e mergulhá-lo em um prato fundo que também continha mercúrio (figura 2.)
Acontece, que o mercúrio não se esvai do tubo afora, mas a coluna se estabiliza com uma altura bem definida (aproximadamente 760 milímetros no nível do mar). Esse fenômeno se dá devido à equiparação entre a pressão exercida pela coluna de mercúrio e a pressão exercida pela coluna de ar, a pressão atmosférica, aplicada na base que contém mercúrio. Dessa forma, quanto maior a pressão atmosférica, mais alta fica a coluna de mercúrio.
O barômetro aneroide, por sua vez, consiste em uma câmara parcialmente evacuada que comprime, com o aumento da pressão, e expande, com a diminuição de pressão. Essas modificações na câmara são transmitidas a um ponteiro, já calibrado. O barômetro aneroide é muito utilizado em barógrafos que gravam continuamente as variações de pressão.
Começando a voar
Outro instrumento bastante utilizado para pesquisar informações atmosféricas é o balão meteorológico. Esses tipos de balões são capazes de obter dados de pressão atmosférica, umidade, temperatura e velocidade do vento, utilizando instrumentos quase descartáveis chamados radiossondas. O acompanhamento da velocidade e direção do vento pode ser realizado rastreando o balão por radar, radiogoniometria ou por sistemas de navegação, como o GPS. Os chamados balões radiossonda são balões de voo livre e uso único; são cheios de hélio ou hidrogênio e sobem até uma altitude de 35 km, quando estouram e caem. Já os balões que são destinados a permanecer em altitude constante por longos períodos de tempo, são conhecidos como transossonda. Esse último tipo de balão foi experimentado em 1958, para ajudar a diagnosticar detritos radioativos da precipitação atômica. Os balões transossonda tem função de sondagem horizontal da atmosfera em altas altitudes, podendo também ser equipados com instrumentos de medidas atmosféricas.
O primeiro experimento com balões de hidrogênio foi realizado na França, em 1783, por Jacques A. C. Charles (1746–1823) e pelos irmãos Nicolas-Louis Robert (1761–1828) e Anne-Jean Robert (1758–1820). Já uma das primeiras pessoas a usar balões para medições meteorológicas foi Léon T. de Bort (1855–1913). Ele lançou, a partir do ano de 1896, centenas de balões meteorológicos de seu observatório em Trapes na França. Esses experimentos o levaram à descoberta de certas características da atmosfera terrestre, possibilitando a definição das chamadas Troposfera e Estratosfera. Acontece, que a atmosfera terrestre pode ser dividida em camadas atmosféricas, estipuladas de acordo com as características particulares de cada nível. A divisão abordada baseia-se na variação da temperatura de acordo com a altitude, porém existem várias maneiras de dividir e classificar a atmosfera, como, por exemplo, pela composição do ar. Essa divisão é meramente formal, e não apresenta limites exatos entre as camadas, dado que a atmosfera é um meio fluido. A classificação por temperatura divide nossa Atmosfera em cinco camadas: Troposfera, Estratosfera, Mesosfera, Termosfera e Exosfera.
Além da Atmosfera
A palavra vácuo tem origem na palavra latina “vacua” que significa “vazio” (Marquardt, 1999). O vácuo ideal seria um espaço sem a presença de matéria, ou seja, o completo vazio. Porém, não existe região alguma do Universo que apresente vácuo perfeito, já que há partículas ocupando o espaço. Portanto, o vácuo é sempre parcial. Na Física, costuma-se chamar de vácuo as regiões do espaço ocupadas por uma pequena quantidade de matéria. Essas regiões podem ser formadas artificialmente, apresentando uma pressão menor que a pressão atmosférica externa. A definição de vácuo de Marquardt (1999) é qualquer volume de gás contendo menos partículas, moléculas ou átomos (menor densidade de partículas ou pressão de gás) que a atmosfera externa que o envolve.
Por essa razão uma definição simples de vácuo (em um ambiente com atmosfera) poderia ser, sem sombra de dúvida, qualquer pressão menor que a pressão atmosférica. Existem duas formas de medir o vácuo: a relativa e a absoluta. Vácuo relativo é uma medida de pressão em comparação à pressão atmosférica, cujo valor é 1 atm. Essa medida é a considerada no experimento dos Hemisférios de Magdeburgo, por exemplo, e é também a mais usada em indústrias ou no nosso cotidiano, pois nesses casos a finalidade é a diferença de pressão (e consequentemente força de ligação entre as superfícies) que se obtém em relação à pressão atmosférica. O Vácuo absoluto é medido diretamente pela pressão, na qual a pressão zero significa a ausência de matéria, o vácuo ideal. A medida absoluta é interessante quando tratamos de situações espaciais, sendo também empregado em situações nas quais a ausência, quase total, de gases e pressão são necessárias.
É até difícil explicar a diferença entre a quantidade de matéria que temos na atmosfera e no vácuo do espaço. O próprio espaço tem uma grande variação de pressão e quantidade de matéria em diferentes localizações. A pressão pode variar entre um bilhão (109) de vezes menor que a atmosférica no espaço interplanetário e cem quintilhões (100x1018) de vezes menor do que a pressão atmosférica no espaço intergalático. Enquanto na atmosfera temos dois sextilhões (2x1021) de moléculas por litro, na Lua essa quantidade cai para quatrocentos milhões (4x108), no espaço interplanetário para onze mil (11x103), no espaço interestelar para mil (103) e no espaço intergalático para um milésimo (10-3) por litro. Isso significa que há uma partícula para cada mil litros de espaço intergalático.
Mas não é apenas no espaço que temos este tipo de vazio. No Grande Colisor de Hádrons (LHC), no Laboratório CERN, a tubulação por onde as partículas aceleradas correm precisa de ultra alto vácuo, ou seja, pressões quase tão baixas quanto as da superfície da Lua. Outros sistemas, experimentos e equipamentos também fazem bom uso de tecnologias de vácuo, essenciais para o desenvolvimento da física e engenharia.
Efeitos no corpo humano
Assim que o corpo humano é exposto ao vácuo o Oxigênio é expelido dos pulmões, fazendo com que a pessoa perca a consciência por volta de quinze segundos. Depois de dois minutos os órgãos param de funcionar ocasionando o óbito. A NASA diz, em site oficial, que no ano de 1965 ocorreu um acidente com humanos no vácuo durante uma simulação. O traje de um dos astronautas (nome não divulgado) sofreu uma pequena ruptura, ele ficou consciente por cerca de catorze segundos e em seguida desmaiou. Foi iniciada, então, a despressurização do simulador e ele sobreviveu. Quando o astronauta recobrou a consciência disse ter ouvido o Oxigênio saindo de seu corpo e teve a sensação de que sua saliva estava fervendo.
Desde a invenção da Bomba de Vácuo, feita por Otto von Guericke (1602–1686), vários experimentos com animais foram conduzidos, inclusive pelo próprio inventor. Assim, às custas da morte de diversos animais, o ser humano estudou os efeitos do vácuo em corpos biológicos semelhantes ao seu. Com a Corrida Espacial, durante a Guerra Fria, muitos animais foram enviados para o espaço. O primeiro ser vivo a conquistar esse feito foi a cachorrinha Laika, lançada no satélite russo Sputnik 2, em 3 de novembro de 1957. Ela foi enviada ao espaço quando ainda não existia tecnologia para voltar à Terra, sua morte era certa.
Quanto aos perigos de explorar o espaço, é importante ressaltar que se houver alguma pequena avaria na nave ou no traje do astronauta ele não será sugado para fora. Acontece algo similar com os acidentes em aviões. Devido a diferença de pressão e ao ar ser rarefeito, no caso de aeronaves, há uma descompressão na nave, ocasionando o escape do ar de dentro. Se a avaria é muito grande e ocorre a chamada descompressão explosiva, na qual o ar se esvai em menos de meio segundo, há grande probabilidade de dano nos pulmões e barotrauma. Em descompressões mais lentas, há tempo suficiente para o ar sair de forma segura do sistema respiratório, sem causar danos.
Além do dano aos pulmões, a pessoa estaria sujeita à doença descompressiva, um distúrbio no qual o Nitrogênio dissolvido no sangue e nos tecidos, devido a exposição a uma dada pressão elevada, forma bolhas quando a pressão diminui. Os sintomas podem incluir fadiga, dor nos músculos e articulações, podendo causar em casos mais graves embolia pulmonar e Acidente Vascular Cerebral (AVC). Isso acontece pelo mesmo motivo pelo qual mergulhadores devem ter cuidado ao retornar à superfície, para que a mudança de pressão não seja muito rápida. Se apenas uma parte do corpo humano for exposta ao vácuo, a mão por exemplo, os efeitos da pressão nula é apenas um leve inchaço, resfriamento (não há um congelamento imediato) e vermelhidão no local.
No entanto, o espaço exterior não é um completo vazio, mas um vácuo quase perfeito, no qual há predominantemente plasma de Hidrogênio e Hélio. Além destes poucos átomos, há radiação eletromagnética, neutrinos e raios cósmicos. Caso o sujeito seja exposto a essas condições, pode sofrer severas queimaduras por radiação, já que não há atmosfera terrestre para protegê-lo. Porém, isso é assunto para outro capítulo.
Cristiane Pinheiro / Equipe AMLEF 2021
Saiba mais:
- Youtube. Área Secreta: O que acontece se você colocar OVOS em uma Câmara de Vácuo??
- Laika, a vira-lata ‘pioneira’ enviada ao espaço há 60 anos em missão ‘sem volta’
- O animal ‘indestrutível’ que a Nasa usa para testes no espaço
- AMLEF: Hemisférios de Magdeburgo
Referências:
- Manual MSD Versão Saúde para a Família
- AZEHEB: O corpo humano no vácuo do espaço. O que realmente acontece?
- Wikipédia: Barômetro
- Indutec: O que é vácuo?
- Mundo Educação: O que é vácuo?
- CERN: Introduction to the principles of vacuum physics
- Wikipédia: Balões de grande altitude
- Wikipédia: Balão meteorológico
- Wikipédia: Otto von Guericke
- Wikipédia: Hemisférios de Magdeburgo
- American Meteorological Society: Radiosonde
- American Meteorological Society: Transosonde
- BBC NEWS: Laika, a vira-lata ‘pioneira’ enviada ao espaço há 60 anos em missão ‘sem volta’
- Wikipédia: Espaço sideral
- CERN: A vacuum as empty as interstellar space