Qual é o formato real de uma gota de chuva?

Você sabe qual é a forma de uma gota de chuva? Pedi às minhas filhas de 10 e 6 anos que desenhassem como uma gota de chuva - aproveitando para ensinar ciência para minhas filhas durante a quarentena para combate do COVID-19.

Minha filha de 6 anos desenhou uma lágrima com um topo com uma leve curvatura, ela levou algumas tentativas para obter a que mais agradava. Minha filha de 10 anos disse que tinha duas idéias: a primeiro era uma lágrima, com um topo pontudo, e a segunda, a gota era se parecia com um risco vertical. Ela disse que quando você olha para a chuva, é assim que realmente se parece.

Infelizmente, minhas duas filhas estavam erradas. Quando vemos a chuva pela janela ou assistimos pela TV, como minha filha mais velha diz, a vemos como riscos verticais ou diagonais, se houver algum vento forte. Mas isso é devido ao desfoque do movimento, não é a forma real da gota de chuva. De fato, diferentemente das ideias de minhas duas filhas, as gotas de chuva são mais "baixas" e gordas, não esticadas e finas.

Por que as gotas de chuva são mais baixas e gordas?

Vamos começar com as menores gotas, chuvisco, aquelas com que deparamos quando pensamos em sair sem guarda-chuva, mas meia hora depois, percebemos que estamos encharcados. Essas gotículas têm cerca de um décimo de milímetro de diâmetro. Por serem pequenas, possuem muita superfície comparada à sua massa. Isso significa que eles caem lentamente e a tensão superficial as deixa em formato de esferas quase perfeitas.

Que tal uma gota muito maior, com cerca de dois milímetros de diâmetro? Esta é uma verdadeira gota de chuva. Sua superfície é 400 vezes maior que a de chuvisco, mas sua massa é 8000 vezes maior. Assim, a massa se torna mais relevante e a tensão superficial torna-se menos capaz de comprimir em uma esfera perfeita. A gota também cai mais rapidamente e, por isso, o ar passa deformar a sua parte inferior - isso é conhecido como força de arrasto. É a mesma coisa que faz o rosto de um pára-quedista parecer engraçado quando ele pula de um avião.

Este aumento da força de arrasto que se exerce sobre a parte inferior da gota da chuva, combinado com a redução da capacidade da tensão à superfície para comprimir a gota para uma determinada forma, significa que a gota passa a ter uma base plana e um topo de cúpula. Exatamente o oposto do que a maioria das pessoas espera. Talvez, em vez de uma bola de futebol, se possa imaginar isto como uma bola de meio cheia apoiada em um superfície.

Podemos até, ir ainda mais longe. Imagine uma gota de chuva com 5 milímetros de diâmetro. Possui uma área de superfície 2500 vezes superior à primeira gota de chuva (chuvisco) e uma massa 125000 vezes maior. Agora, a gota cai muito mais depressa e a força do ar é tão mais forte que passa a haver um afundamento da parte central da base. Nessa condição, a tensão à superfície tende a falhar em manter as partículas unidas e a gota é rasgada em dezenas de gotículas mais pequenas.

A importância

Há duas principais razões para que isto seja importante. Com um tamanho máximo estabelecido para as gotas de chuva, podemos utilizar esta informação nas simulações que nos dão as nossas previsões meteorológicas e nos ajudam a prever em que quantidade pode chover.

Isto também é útil quando analisamos o tempo com os radares meteorológicos, que envia um feixe de ondas de rádio para uma nuvem e mede a forma como as ondas ricocheteiam. O melhor radar consegue enviar estas ondas de rádio orientadas vertical e horizontalmente, conhecidas como polarização. Se obtivermos o mesmo sinal de ondas verticais e horizontais, sabemos que estamos medindo gotas esféricas, o que pode ser equivalente à chuvisco. Se obtivermos um sinal diferente de cada orientação, então estamos tratando de gotas mais achatadas, que são muito maiores e, assim, indicam chuvas mais intensas.