Explicação da chuva

A chuva não cai como água de um balde simplesmente “atirada para baixo”. A água lançada de um balde, começa com uma velocidade inicial muito maior e forma uma massa de água muito mais irregular. As gotas formam-se nas nuvens e passam a cair num meio, que é o ar, que modifica continuamente o seu movimento. Uma gota da chuva rapidamente acelera com uma velocidade que depois atinge um certo limite . Quando uma gota começa a cair da nuvem, a gravidade acelera-a. Mas, à medida que vai ganhando velocidade, é também atenuada pela resistência do ar. Chega então a um equilíbrio: entre o peso da gota que diminui e a resistência do ar que aumenta. Também depende do tamanho e da forma da gota. Uma gota da chuva, além de adquirir mais do que uma forma, pode atingir velocidades que vão de 2 a 9 metros por segundo.

A gota da chuva não é uma pequena “bola” de água

Uma gota suficientemente pequena mantém uma forma aproximadamente esférica por causa da tensão superficial. Mas gotas maiores deformam-se pela resistência do ar e podem até fragmentar-se. Por isso, a chuva chega ao solo na forma de uma enorme variedade de pequenas gotas, cada uma com trajetória, velocidade e tamanho diferentes.

O ar também é fundamental

A chuva atravessa centenas ou milhares de metros de atmosfera, onde existem correntes ascendentes, descendentes e turbulência. Portanto, a trajetória de cada gota não é perfeitamente vertical. Quando olhamos para uma chuva intensa, vemos uma espécie de cortina tridimensional de pequenas trajetórias, enquanto a água lançada de um balde constitui inicialmente uma massa coerente que se desloca quase como um projétil e depois se desfaz. E há uma diferença ainda mais interessante: o impacto. Uma gota de chuva que chega ao chão não transmite a mesma energia de uma massa de água lançada de um balde. A gota tem pouca massa, embora possa ter uma velocidade considerável. Ao atingir uma superfície, espalha-se radialmente e produz uma pequena coroa de água e minúsculas gotículas. Num balde, uma grande quantidade de água chega praticamente ao mesmo tempo. O impacto gera uma onda hidráulica, salpicos grandes e um movimento coletivo da água. Se despejássemos a mesma quantidade total de água. Um litro de água distribuído por milhares de gotas de chuva comporta-se de maneira completamente diferente de 1 litro lançado de uma só vez.

A chuva são milhares de pequenas bolas de água, cada uma chegando separadamente; a água lançada de um balde é uma grande massa líquida que chega praticamente, simultaneamente. A diferença não está apenas na quantidade de água. Está sobretudo na distribuição espacial e temporal da massa, no tamanho das gotas, na velocidade terminal e na interação com o ar. E há uma curiosidade: uma chuva muito intensa pode produzir uma sensação de impacto surpreendentemente forte, apesar de cada gota individual ter uma massa minúscula. Isso acontece porque milhares de impactos estão a ocorrer continuamente numa pequena área.

Há uma diferença entre a velocidade física e velocidade que o nosso sistema visual percebe. Daí que a chuva pareça cair “mais devagar” do que a água de um balde, embora as gotas possam estar a deslocar-se a vários metros por segundo. A chuva pode estar realmente a cair depressa. Uma gota de chuva típica pode ter uma velocidade vertical de vários metros por segundo. Por exemplo, uma gota relativamente grande pode aproximar-se de 7–9 m/s, isto é, cerca de 25–32 km/h. O nosso olho não acompanha apenas a velocidade; precisa também de ver claramente o objeto que se desloca. Uma gota de 1–2 mm é minúscula. A certa distância, vemos apenas um pequeno segmento ou brilho durante um instante. Não temos uma referência visual contínua que permita apreciar facilmente os vários metros por segundo.

Comparando isso com a água atirada de um balde, vemos uma grande massa de água, e por isso conseguimos acompanhar claramente o seu deslocamento. Na chuva vemos milhares de pequenas gotas, cada uma desaparecendo rapidamente da nossa vista. A chuva não é uma massa contínua. Este ponto é particularmente importante. Quando se despeja um balde, a água forma uma coluna ou massa contínua. O cérebro consegue acompanhar essa estrutura como um objeto único.

Na chuva, cada ponto é uma gota diferente. O cérebro não interpreta facilmente aquilo como "um objeto que está a cair a 8 m/s". Percebe antes uma única textura contínua de movimento. O ar torna a trajetória menos evidente. As gotas também não têm todas exatamente a mesma velocidade. O tamanho das gotas varia, há turbulência e correntes de ar, e algumas gotas oscilam ou desviam-se. Isso destrói a sensação de uma trajetória perfeitamente definida. É semelhante ao que acontece quando olhamos para fumo: as partículas podem estar a deslocar-se rapidamente, mas como o padrão é difuso e muda continuamente, o movimento pode parecer lento. Há ainda um fenómeno interessante: a referência visual. Quando estamos parados e a olhar para a chuva contra um céu cinzento, faltam referências espaciais fortes. A velocidade torna-se muito menos evidente. Dentro de um carro a olhar para a chuva, é diferente. As gotas parecem deslocar-se diagonalmente e muito rapidamente em relação ao vidro. Aqui temos pontos de referência.

A nossa percepção da velocidade não é uma leitura direta da velocidade física. O cérebro reconstrói a velocidade a partir do deslocamento visual, do tamanho aparente, do contraste, da continuidade e das referências disponíveis. Se filmarmos a chuva em câmara lenta, as gotas parecem extraordinariamente lentas e "pesadas", apesar de a velocidade real não ter mudado. Isso mostra muito bem a diferença entre a velocidade física e a experiência perceptiva. Uma nuvem está muito longe de ser um "reservatório de água" suspenso no céu. Na realidade, é sobretudo ar húmido contendo uma enorme quantidade de gotículas microscópicas de água e, frequentemente, cristais de gelo. Uma nuvem é quase o oposto de um balde. Num balde temos: uma massa contínua de água; uma superfície em que a água está concentrada num recipiente. Numa nuvem temos ar e vapor de água. São milhões de gotículas minúsculas num enorme volume de água, mas extremamente dispersa. Uma gotícula típica dentro de uma nuvem pode ter apenas cerca de 10 micrómetros de diâmetro. É aproximadamente 100 vezes menor que uma gota de chuva de 1 mm. Por isso, a nuvem pode conter uma quantidade total de água bastante grande, mas essa água está extraordinariamente diluída no volume da atmosfera. E é justamente isso que permite à nuvem "flutuar". As gotículas individuais são tão pequenas que a sua velocidade de queda é muito baixa. Além disso, existem correntes ascendentes dentro da nuvem. Assim, uma gotícula pode estar continuamente a cair, mas uma corrente de ar ascendente pode mantê-la praticamente suspensa. É um pouco como pó muito fino num ambiente com correntes de ar: as partículas estão sob a ação da gravidade, mas o movimento do ar domina o seu comportamento.

Então como é que uma nuvem passa a produzir chuva? O vapor de água passa as gotículas a menos microscópicas, ou seja, as gotículas crescem até gotas de chuva. E nesse instante que se dá a queda rápida das gotas de água. As pequenas gotículas começam a colidir e juntar-se (coalescência). As nuvens mais frias podem passar por processos que levam à formação de cristais de gelo. E então neste caso as pessoas dizem que está a saraivar, em vez de chover. Na realidade é chuva de bolas de gelo que pode atingir tamanhos muito variáveis, desde o tamanho do arroz até o tamanho de uma bola de ténis ou ténis de mesa. À medida que algumas partículas ficam maiores, a gravidade começa a ganhar importância.

Em suma, a chuva não é água que estava armazenada numa nuvem e foi despejada. É água que mudou de estado físico e de escala. Dentro da nuvem, a água encontra-se distribuída por milhões de partículas microscópicas. Quando essas partículas crescem suficientemente, a física muda: a gravidade passa a dominar progressivamente sobre as forças que as mantinham associadas ao movimento do ar. É por isso que uma nuvem pode parecer enorme, maciça e quase sólida visualmente, mas comportar-se fisicamente de uma maneira completamente diferente de um enorme volume de água líquida. E há uma coisa ainda mais surpreendente: uma nuvem de grandes dimensões pode conter muitas toneladas de água e, mesmo assim, não cair como a água de um "balde". A razão está precisamente na distribuição microscópica dessa água e na dinâmica do ar que a sustenta.