O Peso do Ar e a Pressão Atmosférica

“Será que vai chover? Meu joelho está doendo.”

Quando a avó diz que está com dor no joelho, invariavelmente chove. Há também pessoas que dizem que ficam deprimidas ou sentem dores no corpo inteiro quando o tempo nublado persiste. Tudo isso não é apenas uma questão de estado de espírito. Se, ao olhar para o céu que parece anunciar chuva, alguém disser: “Hoje estou com a pressão baixa”, significa que o corpo dessa pessoa está reagindo à mudança do clima.

Quando a pressão atmosférica que comprime nosso corpo diminui, a pressão dentro das articulações aumenta. Essa pressão elevada estimula o joelho e provoca dor. Além disso, quando a pressão atmosférica diminui, há mais nuvens e o céu fica escuro, fazendo com que as pessoas recebam relativamente menos luz solar. Então, diminui a quantidade do hormônio “serotonina”, que melhora o humor, e aumenta a quantidade do hormônio “melatonina”, que induz o sono. Por isso, podemos ficar deprimidos sem uma razão aparente. Como vimos, as mudanças repentinas no corpo causadas pelas condições do clima são chamadas de “doenças climáticas”, e isso ocorre devido à influência da pressão atmosférica. Afinal, o que é a pressão atmosférica, que influencia até mesmo nosso humor e o estado do nosso corpo?

A pressão atmosférica, de maneira simples, é a pressão exercida pelo ar, ou seja, a força com que a atmosfera, sob a ação da gravidade da Terra, comprime a superfície terrestre. Para demonstrar a pressão atmosférica, que não conseguimos perceber intuitivamente, o físico italiano Torricelli utilizou mercúrio, que é 13,6 vezes mais pesado que a água. Ele encheu de mercúrio um tubo de vidro de um metro de comprimento e, tomando cuidado para não deixar entrar ar, colocou-o de cabeça para baixo em um recipiente contendo mercúrio. Nesse momento, atuam duas forças: o peso do mercúrio que tende a descer e a força da atmosfera, que empurra o mercúrio do recipiente externo para cima, dentro do tubo. Como resultado, o mercúrio parou a uma altura de 76 centímetros, formando-se um estado de vácuo na parte superior do tubo. O fato de a altura do mercúrio dentro do tubo não se mover mais significa que as duas forças estavam em equilíbrio. Em outras palavras, a pressão externa do ar exerce uma força capaz de empurrar o mercúrio 76 centímetros para cima, dentro do tubo. Quando a pressão atmosférica aumenta, a coluna de mercúrio sobe; quando a pressão atmosférica diminui, a coluna de mercúrio desce. Utilizando esse princípio, é possível medir a pressão atmosférica, e esse instrumento é justamente o barômetro de mercúrio. Se utilizarmos água, que é mais leve que o mercúrio, forma-se uma coluna de água de aproximadamente 10,3 metros.

É fácil considerar isso apenas um fenômeno físico distante da nossa vida cotidiana, mas, como já foi mencionado no início, a pressão atmosférica está intimamente relacionada não apenas ao estado do nosso corpo, mas também a vários aspectos da nossa vida. O canudo que usamos com frequência para beber bebidas também não poderia ser utilizado sem a pressão atmosférica. Quando sugamos a bebida pelo canudo, a pressão dentro dele diminui. Então, como a pressão atmosférica externa é relativamente maior, ela empurra a bebida para dentro do canudo. Nesse caso, seria possível utilizar um canudo comprido e sugar a bebida indefinidamente? Como a bebida é elevada pela força exercida pelo ar, mesmo uma pessoa muito forte não conseguiria elevá-la a mais de 10 metros. Pelo mesmo princípio, uma bomba de vácuo também não consegue elevar água a mais de 10,3 metros. Acima disso, é necessário utilizar uma bomba de compressão.

Um dos lugares mais representativos onde podemos sentir a pressão atmosférica é dentro de um avião. Quando o avião decola e a altitude aumenta gradualmente, às vezes sentimos os ouvidos tampados ou até mesmo doloridos. Isso acontece porque, enquanto a pressão dentro do nosso corpo permanece constante, a pressão atmosférica externa diminui, fazendo com que o tímpano fique tensionado. Nesses momentos, engolir saliva ou bocejar pode fazer com que sintamos o ouvido se destampar com um “estalo”, eliminando a sensação de ouvido tampado. Isso acontece porque, à medida que o ar se desloca através da tuba de Eustáquio, que liga o ouvido à garganta, a pressão dentro do corpo e a pressão externa se igualam.

Uma atmosfera de pressão equivale aproximadamente à força exercida por um objeto de 1 quilograma sobre uma área de 1 centímetro quadrado. Considerando que a área da palma da mão seja aproximadamente 50 centímetros quadrados, o peso do ar que a palma da mão sustenta é nada menos que 50 quilogramas. É como se carregássemos todos os dias sobre os ombros uma coluna de água de 10 metros de altura. Então, por que não sentimos esse peso? Isso acontece porque, dentro do nosso corpo, também atua uma força que empurra para fora com a mesma intensidade da força exercida pelo ar, e por isso não sentimos de maneira significativa o peso da atmosfera.

Entretanto, quando a pressão atmosférica aumenta acima de uma atmosfera, também passamos a sentir a pressão. Quando entramos na água, sentimos a pressão da água, e a cada 10 metros que descemos em profundidade, a pressão da água aumenta, em média, uma atmosfera. Os animais que vivem nas profundezas do mar, a 10 quilômetros de profundidade, suportam uma pressão impressionante de mil atmosferas. Se uma pessoa descesse até essa profundidade sem equipamentos de proteção, seria uma profundidade suficiente para que seu corpo fosse achatado pela pressão da água. No entanto, os animais das profundezas nadam tranquilamente no mar, apesar da enorme pressão. Isso acontece porque eles preenchem os espaços vazios dentro do corpo com água ou óleo, em vez de ar, formando uma pressão interna capaz de entrar em equilíbrio com a pressão externa. Pelo mesmo princípio, se colocarmos nas profundezas do mar uma esfera de metal oca e rígida, ela será amassada, enquanto uma lata de alumínio cheia de líquido não será amassada.

Com o uso de equipamentos, uma pessoa também pode descer até aproximadamente 30 metros de profundidade no mar. Um exemplo disso é o mergulho autônomo, no qual se utilizam equipamentos como cilindros de ar. Porém, quando se desce mais profundamente, começam a surgir diversas alterações no corpo. Por volta dos 30 metros de profundidade, os mergulhadores às vezes experimentam a chamada “narcose por nitrogênio”, na qual o raciocínio e a memória começam gradualmente a ficar comprometidos e a pessoa não consegue lidar adequadamente com situações de emergência. Quanto mais profundamente se entra na água, maior fica a pressão e mais gases se dissolvem no sangue humano; o nitrogênio dissolvido no organismo produz um efeito semelhante ao da anestesia. Quando se sobe novamente para uma profundidade inferior a 30 metros, os sintomas desaparecem logo.

Entretanto, subir repentinamente para fora da água pode ser ainda mais perigoso. Isso porque pode provocar a chamada “doença descompressiva”. Quando se sobe rapidamente para a superfície, a pressão atmosférica diminui e o ar dissolvido no sangue começa a sair, formando bolhas. Essas bolhas podem romper os capilares e, se atingirem os vasos sanguíneos do cérebro ou outros vasos importantes, podem levar à morte.

Ao contrário do que acontece no fundo do mar, quando subimos para regiões de grande altitude, a pressão atmosférica diminui e o oxigênio se torna escasso. Quando o corpo fica repentinamente com falta de oxigênio, podem ocorrer fadiga, dor de cabeça, vômitos e outros sintomas. Em casos graves, a pessoa pode ficar com a consciência alterada, apresentar dificuldade para respirar e até morrer. Esses sintomas são chamados, de modo geral, de “mal da altitude”.

E o que acontece se subirmos ainda mais, até o espaço? Quando somos expostos a um estado de vácuo, como o espaço sideral, onde a pressão é zero, existe apenas a força que empurra de dentro do corpo para fora, fazendo com que o corpo se expanda e fique em uma situação extremamente perigosa. Entretanto, o corpo não explode imediatamente com um estrondo. Em 1965, ocorreu um acidente em uma instalação de pesquisa da Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço dos Estados Unidos (NASA), quando um traje espacial que estava sendo testado em uma câmara de baixa pressão se rompeu e uma pessoa foi exposta ao vácuo. Ela perdeu a consciência após apenas 15 segundos, mas recuperou-a graças aos primeiros socorros prestados pelas pessoas ao redor. Segundo o relatório elaborado após o acidente, sua última lembrança antes de perder a consciência foi a sensação de que a umidade dentro de sua boca começara a ferver. Graças à pele que envolve o corpo, foi possível suportar o breve período de exposição ao vácuo, mas foi, sem dúvida, uma situação extremamente perigosa.

Quando o corpo humano é exposto ao vácuo, primeiro perde a consciência devido à falta de oxigênio. À medida que a pressão desaparece, o ponto de ebulição diminui e os fluidos corporais e o sangue começam a evaporar rapidamente. Por causa disso, a pele e os tecidos musculares ficam inchados. Com a rápida diminuição da temperatura ao redor do corpo causada pela evaporação, o corpo chega até mesmo a congelar. Tudo isso acontece em pouco mais de um minuto. Por causa desses perigos, os astronautas usam, durante atividades externas, o chamado “traje espacial extraveicular”, que é desconfortável e parece volumoso. Como a pressão dentro do traje espacial é de aproximadamente 0,3 atmosfera, menor que a pressão atmosférica normal de 1 atmosfera, no dia anterior a uma atividade extraveicular é necessário reduzir a pressão da nave espacial para que o corpo se adapte à baixa pressão.

Marte, o planeta mais próximo de nós, possui uma atmosfera rarefeita composta de dióxido de carbono, com uma pressão de 0,01 atmosfera, semelhante ao vácuo do espaço. Já Vênus possui uma atmosfera quente de dióxido de carbono, com uma pressão que chega a 90 atmosferas, um lugar onde um peso de mais de 900 toneladas por metro quadrado exerce pressão sobre a superfície. Em contraste, a Terra possui uma atmosfera de 1 atmosfera de pressão, indispensável para nós. Apesar do peso do ar, vivemos nosso dia a dia sem grandes dificuldades. O que a existência dos seres vivos, criados para suportar a quantidade e o peso do ar em uma medida tão perfeitamente adequada, nos revela?

“[…] Quando regulou o peso do vento […]” Jó 28:23-25

Referências

101 perguntas científicas que até os professores de ciências têm curiosidade de saber (ASSOCIAÇÃO DE PROFESSORES DE CIÊNCIA)

O livro-texto de ciências vivas (Kim Tae-il)