PERIGOS DOS RAIOS - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !
0s perigos dos raios
(... também para os usuários de piscinas)
Rosamaria Wu Chia Li**
wuchiali@iq.usp.br
jogruber@iq.usp.br
Artigo originalmente publicado em Pool-Life/Revista da Piscina, no 49/22-23, seção Piscina e Segurança.
O autor e responsável pelo site www.feiradeciencias.com.br agradece aos autores acima (envio dos originais) e à revista citada pela autorização concedida para a reprodução desse artigo; agradece ainda, em nome dos alunos e professores que se utilizam desse site, a confiança aqui depositada. Esperamos que esse precedente sirva de estímulo a outros autores que queiram nos prestigiar.
Nota: O título e o enfoque do artigo foram modificados por necessidades de adaptação ao site.
Há aproximadamente 3 500 tempestades ocorrendo a cada instante ao redor do mundo e mais de 100 raios são produzidos a cada segundo. As regiões tropicais e subtropicais são as mais freqüentemente atingidas.
Segundo dados do National Lightning Safety Institute (NLSI)1, o prejuízo material anual nos EUA alcança dois bilhões de dólares e no ano passado (1999) 200 pessoas morreram vitimadas por raios. Um estudo revelou que os acidentes fatais com raios lideram as causas de morte por fenômenos da natureza, tais como vendavais, enchentes e tornados, como se ilustra a seguir.
Fatalidades por acidentes naturais
Outro estudo americano2 revelou que não menos de 14% dos acidentes relatados entre 1959 e 1994 estavam associados a atividades aquáticas, incluindo natação em piscinas, praias e rios, pesca, iatismo etc., perdendo apenas para os acidentes em campos abertos e bosques, com distribuição como se ilustra.
Distribuição por ambientes de maior risco de acidentes
Na antiguidade, acreditava-se que os raios eram castigos enviados por deuses furiosos e somente no século XVIII o fenômeno foi cientificamente explicado por Benjamin Franklin (1706 --- 1790) que, além de político, era também físico e filósofo. Franklin enunciou o princípio da conservação da carga, descobriu a natureza elétrica dos raios e inventou o pára-raios. Nos dois séculos que se seguiram, muitas pesquisas foram feitas na área de meteorologia e o fenômeno da geração de raios é atualmente bem conhecido.
As nuvens de tempestade têm altura entre 1,5 e 15 km, apresentando temperaturas internas muito diferentes. Na parte inferior, a temperatura é próxima à do ambiente (em média 20 oC), enquanto que na parte mais alta pode atingir - 50 oC. Este enorme gradiente de temperaturas gera ventos muito intensos no interior das nuvens que por sua vez provocam a separação de cargas elétricas devido ao atrito com as partículas de gelo existentes no topo. Assim, a parte inferior das nuvens contém excesso de cargas negativas, enquanto a parte superior, positivas.
Por indução, no solo há surgimento de excesso de cargas positivas e se estabelece uma enorme diferença de potencial entre a nuvem e o solo, podendo atingir milhões de volts. Uma vez vencida a capacidade isolante do ar, ocorrem de 30 a 40 descargas elétricas sucessivas espaçadas por intervalos de aproximadamente 0,01 s, que constituem um único raio. Observe a ilustração:
Distribuição de cargas no solo e nas nuvens
As correntes elétricas envolvidas neste processo variam de 10 000 a 200 000 ampères, aumentando a temperatura do ar para até 30 000 oC e provocando violenta expansão, com ondas de compressão que podem ser audíveis a alguns quilômetros de distância (trovões). As altas correntes e temperaturas são responsáveis por incêndios, queimaduras e mortes nos acidentes com raios.
A melhor forma de proteção é o pára-raios, que consiste de uma haste metálica fixada num ponto elevado e aterrada por meio de um fio condutor espesso. A região protegida por este simples dispositivo tem o formato de um cone cujo diâmetro (d) corresponde a duas vezes a sua altura (h), medida do solo até o topo do pára-raios, como se ilustra.
Cone de proteção do pára-raios
Devido ao fato de a corrente elétrica sempre procurar escoar pelo caminho mais curto (em termos de resistência elétrica), os raios normalmente atingem os pontos mais altos de uma região. Assim, deve-se evitar, durante uma tempestade, locais descampados, piscinas, praias, campos de futebol e árvores isoladas.
Como as velocidades da luz (~300 000 km/s) e do som (~330 m/s) são muito diferentes, é possível calcular com razoável precisão a que distância se encontra a tempestade. O número de segundos decorridos entre o instante em que se observa o relâmpago e se ouve seu correspondente trovão deve ser multiplicado por 330 m. Assim, por exemplo, um intervalo de 3 segundos indica que a tempestade se encontra a aproximadamente um quilômetro do local (3 x 330 m).
Os usuários de piscinas correm riscos mesmo quando um raio atinge o solo a uma distância superior a 500 m. Isto porque parte da corrente elétrica pode escoar por tubulações de água, percorrendo longas distâncias, até a piscina (internas ou externas). De acordo com recomendações do NLSI as atividades aquáticas devem ser suspensas e as pessoas encaminhadas a um local protegido por pára-raios sempre que uma tempestade estiver mais próxima que 13 km, isto é, quando o intervalo de tempo referido acima for menor que 40 segundos.
Finalmente, vale reforçar que a recomendação acima se aplica para piscinas tanto externas como internas.
1. National Lightning Safety Institute, http://www.lightningsafety.com
2. Curran, Holle & Lopez, Lightning Fatalities, Injuries and Damage Reports in the United States, 1959 - 1994, NOAA Tech. Memo. No NWS SR-193, October 1997.
* O Prof. Dr. Jonas Gruber é docente do Instituto de Química da Universidade de São Paulo.
** Rosamaria Wu Chia Li é mestre em Ciências pelo Instituto de Química da Universidade de São Paulo.