93. A ira de Thor

   As 4 forças fundamentais o Universo nas quais todas as outras se baseiam, como os trovões e relâmpagos surgem e formam um dos quatro estados principais da matéria.

   Este é um dos mais temidos e admirados fenómenos da Natureza: o relâmpago (luz) e o seu companheiro trovão (som). Como fenómeno natural de incrível aspeto e poder, muitas foram as explicações e religiões que os procurarm entender, como o raio de Zeus dos Antigos Gregos, ou, na Religião Nórdica, em que criam os Víquingues (de que se falou no artigo Inglês: língua internacional) e de que se construirá um templo novo na Islândia em mais de mil anos, que tinha Loki (ver o artigo Dias primos para a ligação entre este deus nórdico e o Dia 1 de Abril e Sábado) e o seu meio-irmão Thor, deus dos relâmpagos, trovões e das tempestades.

   Há 4 forças fundamentais da Natureza que são (da mais fraca à mais forte):

■ Gravidade é a força menos poderosa do Universo, apesar do seu alcance infinito lhe dar o carácter universal que falta às outras. É uma força que depende somente da massa dos objetos, pelo que as interações entre os corpos do Universo são feitas pela Gravidade (como entre a Terra e a Lua, de que se falou no artigo Cabeça na Lua). A sua influência sobre os corpos diminui com o quadrado da distância entre eles (se a distância aumentar para o dobro a gravidade diminui para a 64 vezes, se aumentar para o triplo diminui 9 vezes, ...) A partícula que teoricamente conduz a gravidade é o gravitão, mas esta partícula nunca foi experimentalmente encontrada.

■ Força nuclear fraca: é a força responsável pela radioatividade de algumas substâncias. É 1015 vezes mais forte do que a gravidade (ou seja multiplicada por 10 quinze vezes). Mas o seu alcance é muito pequeno, na ordem dos 10-18 metros (um metro que se divide por 10 dezoito vezes), o que é somente um décimo do diâmetro de um protão. A sua influência diminui com o sêxtuplo da distância (se a distância aumentar para o dobro a força diminui 64 vezes). As partículas que conduzem a força nuclear forte são os bosões W e Z, que têm uma duração de 10⁻²⁴ segundos.

■ Eletromagnetismo: é a força que actua entre partículas carregadas (que têm carga eléctrica). É 1038 vezes mais forte do que a gravidade . E o seu alcance é também infinito como a gravidade e, como esta, a sua influência também diminui com o quadrado da distância das cargas eléctricas. Deve-se a ela a atração ou repulsão entre ímans (sobre esta e outras palavras de origem grega terminadas em "n"em Português, ver o artigo Imanes acentos), a eletricidade estática, a luz, as ondas de rádio, os raios-x e outras ondas electromagnéticas, é a força que mantém os electrões (de carga negativa) à volta do núcleo atómico (que tem carga positiva). A partícula que conduz o electromagnetismo é o fotão.

■ Força nuclear forte: é a força que mantém unidos os núcleos atómicos. Tem uma magnitude relativa (em relação à gravidade) de 1040. É a força mais poderosa das 4, capaz de unir protões que de outra forma de afastariam (devido à sua carga positiva). A razão porque não é sentida pelas pessoas é porque o seu raio de alcance é de apenas 10-15 metros, o que é o diâmetro médio do núcleo atómico.

   Neste momento da história do Universo, as 4 forças são claramente distintas, tanto em alcance como em características como descritas pela Mecânica Quântica. As 3 últimas forças (eletromagnetismo, forças nucleares fraca e forte) são descritas por uma só teoria, o Modelo Padrão. Dessa forma, as 3 são simples manifestações diferentes do mesmo princípio. Somente a gravidade não é incluída (principalmente porque não foi ainda descoberto o gravitrão), pelo que ainda não há bases científicas para a chamada Gravidade Quântica, que Einstein procurou até ao fim da vida, como parte do processo de unir a Relatividade com a Mecânica Quântica. Existe a teoria de que as quatro forças já foram uma só, no início do Universo. À medida que este arrefecia (e antes do primeiro segundo depois do Big Bang) as forças foram-se separando. Primeiro deixou o grupo a Gravidade (10-43 segundos depois do Big Bang). Em seguida foi a vez da Força Nuclear Forte (10-35 segundos depois do início). Depois separarem-se o Eletromagnetismo e a Força Nuclear Fraca (10-11 segundos após o Big Bang).

   Os relâmpagos estão associados às nuvens de chuva. Por um processo ainda não entendido completamente (há teorias mas sem confirmação) as partículas carregadas eletricamente nas nuvens de chuva separam-se. As cargas negativas ficam no fundo das nuvens e as cargas positivas no topo.  A nuvem vai ficando progressivamente mais carregada, com as cargas negativas a acumularem-se no fundo. As cargas vão-se acumulando e o campo eléctrico vai aumentando. Aumenta de tal forma que os eletrões das nuvens repelem os eletrões da superfície da Terra (nunca é demais recordar que cargas eléctricas iguais repelem-se e as diferentes atraem-se). Nas nuvens, quando as partículas se separam,  a distância da nuvem ao solo não impede a repulsão dos eletrões. Há tantas cargas negativas no fundo da nuvem que os electrões da superfície do solo por baixo da nuvem são repelidos para o interior. Dessa forma a superfície da Terra fica carregada positivamente, por ausência dos eletrões que normalmente as equilibram.

    Quando o campo elétrico da nuvem é muito grande (dezenas de milhares de volts por centímetro) o ar entre a nuvem e o solo torna-se igualmente ionizado e os electrões e os protões são separados e ficam em localizações opostas. Quando os átomos perdem os seus electrões e ficam somente com os núcleos positivos forma-se plasma, um dos quatro estados da matéria (sólido, líquido, gasoso e plasma) com que as pessoas lidam diariamente (é o estado físico em que se encontram as partículas que compõe uma chama ). Quando a matéria está no estado de plasma os eletrões já não se encontram em órbita de núcleos atómicos. Podem circular livremente, o que torna o ar ionizado (plasma) um grande condutor de cargas eléctricas negativas (ao contrário do que é normal, em que o ar é um grande isolante de cargas eléctricas).  Estes eletrões procuram compensar o excesso de carga positiva no solo por baixo da nuvem. Mas o ar não está uniformemente ionizado, pelo que o caminho da nuvem para o solo é difícil. Formam-se as típicas ramificações dos relâmpagos, que são eletrões que não conseguem chegar ao solo e ficam pelo caminho, parados por porções de ar ainda não ionizado.

   Mas, quando há um caminho através do ar em que todas as partículas estão completamente ionizadas, os eletrões dirigem-se ao solo. Sendo aí a resistência menor a maioria dos electrões acaba por seguir esse caminho. Enquanto a ramificação principal de electrões se aproxima do solo as cargas eléctricas positivas são atraídas por ela e deixam a terra em direção à corrente de electrões que desce. Eventualmente os dois encontram-se. Estabelece-se assim um caminho condutor entre a nuvem e o solo. As cargas fluem para o solo procurando neutralizar a discrepância eléctrica. Quando se estabelece esse caminho condutor as cargas elétricas circulam livremente entre a Terra e a nuvem. O ar em redor desse caminho condutor é aquecido muito rapidamente.

   É esse ar enormemente aquecido que produz tantos os relâmpagos (a cor azulada é do ar aquecido) como os trovões (o ar aquece tão rapidamente que o ar como que explode devido à rapidez com que se dilata). Os relâmpagos podem atingir temperaturas de cerca 30 mil graus kelvin (29 726,85 graus Celsius). A superfície do Sol é de 6 mil graus kelvin (5 726,85 graus Celsius). Assim o ar aquecido liberta a brilhante luz que é o relâmpago e o sonoro estrondo que é o trovão. A luz percorre 299 792 458 metros por segundo enquanto a velocidade do som (no ar) é de mais ou menos 340 metros por segundo. Considerando a distância entre a nuvem e o solo, a luz é praticamente instantânea mas o som não. É por isso que se vê primeiro o relâmpago e só depois se ouve o trovão. Aliás uma boa forma de saber a que distância se encontra uma tempestade é contar o número de segundos que passam entre o relâmpago e o trovão. Se se multiplicar por 340 obtém-se a distância a que está a tempestade. A velocidade do som no ar depende da temperatura a que este está.  Vsom no ar = 331,4 + 0,6Tar m/s. Nem sempre os relâmpagos (e os trovões) se dão da nuvem para o solo. Por vezes podem ocorrer entre nuvens ou até ocorrer do solo para a nuvem, num processo semelhante ao descrito anteriormente mas em que o destinatário (nos dois casos) é uma nuvem.

   Há condições físicas que se repetem e que potenciam a chegada (ou partida...) de um relâmpago. É claro que, quanto mais alto está um objecto, menor é a distância que o separa da nuvem. Assim há menos ar para ser atravessado e logo o relâmpago dar-se-á mais facilmente. O topo dos arranha-céus, as igrejas, árvores,… são frequentemente atingidos por relâmpagos. De tal forma que todos têm protetores no seu topo, varas de metal ligadas ao solo que conduzem a eletricidade do relâmpago para o solo.

   Quando um relâmpago atinge uma pessoa, nem sempre provocam a morte. Por vezes., como visto no artigo Razão de Prata, surgem marcas ramificadas na pele das pessoas atingidas. Fazem parte de um fenómeno conhecido como Figuras de Lichtenberg. , assim chamadas em homenagem a ao físico e filósofo alemão Georg Christoph Lichtenberg, que primeiro as descobriu e estudou. Em 1777, libertou uma descarga de alta voltagem na superfície de um material isolante e notou e registou o aparecimento de padrões ramificados, um exemplo de fratais (de que se falou no artigo Fratal com o destino). A Queraunofobia é o medo irracional de trovões e relâmpagos.

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