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Meteorologia e Climatologia - Varejão/ Silva

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CLIMATOLOGIA
Mário Adelmo Varejão-Silva
Versão digital 2 – Recife, 2006
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4.2 - Determinação da pressão atmosférica. 
Em 1643, mediante uma experiência bem simples, E. Torricelli mostrou que a pressão
atmosférica é capaz de compensar a pressão reinante na base de uma coluna de mercúrio
(Hg), mantida em equilíbrio. Estava inventado o barômetro (Fig. III.7), instrumento que, com
alguns melhoramentos, constitui, ainda hoje, o meio mais preciso de determinar a pressão at-
mosférica. A descrição dos principais tipos de barômetro em uso será objeto do próximo tópico.
A descoberta de Torricelli permite aplicar a equação III.4.1 à coluna (de altura h) do ba-
rômetro, assumindo-se que a densidade do mercúrio (ρH) e a aceleração da gravidade (g),
mantêm-se constantes ao longo dela. Essa hipótese não introduz erro apreciável pois, o máxi-
mo valor de h (que se observa exatamente à superfície terrestre) flutua pouco em torno de 76
cm. Então, se a pressão atmosférica (p) é igual àquela decorrente da coluna de mercúrio, veri-
fica-se que:
ghdhgp
0 HH ∫ =−=
h
ρρ (III.4.3)
onde h refere-se à distância vertical entre o topo da coluna e o plano definido pela superfície do
mercúrio na cisterna (Fig. III.7).
E
T
h
C
Hg
menisco
Fig. III.7 - Esquema de um barômetro convencional, mostrando a escala (E), a cisterna ou
cuba (C), o tubo (T) e a altura (h) da coluna de mercúrio.
Deve-se notar que a altura da coluna barométrica não depende só da pressão mas,
também, da temperatura. De fato, tanto o mercúrio, como as demais partes metálicas (cisterna
e escala) e de vidro (tubo) dos barômetros convencionais, se dilatam ou se contraem em fun-
ção de mudanças na temperatura ambiente. Por isso mesmo, barômetros de mercúrio subme-
tidos à mesma pressão atmosférica, mas sob distintas temperaturas, ostentam colunas com
alturas diferentes. Por outro lado, a altura da coluna barométrica depende, também, do valor
local da aceleração da gravidade, como mostra a equação III.4.3. Para contornar essas dificul-
dades, os barômetros de mercúrio têm sua escala confeccionada de modo que forneçam valo-
res corretos da pressão apenas quando colocados sob temperatura de 0 oC e aceleração da
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gravidade de 980,665 cm s-2 (chamadas condições-padrão para fins barométricos). Quando
tais condições ambientais não são satisfeitas, o que é o caso mais freqüente, é necessário
aplicar correções ao valor de h lido na escala (chamado de leitura barométrica), para que se
obtenha a pressão real.
Durante muito tempo costumou-se exprimir a pressão atmosférica em termos da altura
da coluna de mercúrio, adotando-se o milímetro de mercúrio (mmHg) como unidade. As unida-
des recomendadas, para exprimir a pressão são o pascal (Pa) e o milibar (mb), esta inclusive
para intercâmbio internacional de dados (O.M.M., 1971):
1 mb = 10 3 dyn cm - 2 = 10 2 N m -2 = 102 Pa. = 1 hPa (III.4.4)
Considerando as condições-padrão de temperatura (0 oC) e de aceleração da gravidade
(980,665 cm s - 2) e, ainda, que a pressão normal corresponde a 76cm de coluna barométrica,
pode-se aplicar a equação III.4.3 ao barômetro. Lembrando que a densidade do mercúrio
àquela temperatura é de 13,5951 g cm - 3, tem-se:
p = 980,665 x 13,5951 x 76 dyn cm - 2 = 1013,25 mb. (III.4.5)
Então, uma atmosfera (1 at) corresponde a 760 mmHg, a 1013,25 mb ou a 101325 Pa,
ou a 1013,25 hPa. A partir dessa correspondência, as seguintes equivalências ficam estabele-
cidas:
1 mmHg = 1,33322 mb = 1,33322 hPa; (III.4.6)
1 mb = 1 hPa = 0,75006 mmHg. (III.4.7)
4.3 - Barômetros.
Os barômetros dividem-se em dois grandes grupos, de acordo com o princípio de funci-
onamento: os de mercúrio e os aneróides. 
4.3.1 - Barômetros de mercúrio.
Os barômetros de mercúrio são constituídos de um tubo de vidro, com cerca de 90 cm
de comprimento, cuja extremidade aberta está situada no interior de um recipiente (a cuba, ou
cisterna). Quando o instrumento se encontra em perfeitas condições de operação, há vácuo na
parte superior do tubo e o mercúrio ocupa sua porção inferior e grande parte da cuba. O tubo
de vidro é protegido por um cilindro de metal, acoplado à cuba (Fig. III.8) e dotado de um visor,
através do qual pode ser vista a extremidade da coluna de mercúrio, o menisco. Gravadas no
cilindro, junto ao visor, há uma escala graduada em milibares e outra em milímetros (inteiros).
As frações são obtidas com o auxílio de um nônio, ou Vernier, cuja posição pode ser ajustada
(através de uma cremalheira) de modo a tangenciar o menisco, permitindo efetuar leituras com
aproximação de décimos. Finalmente, um termômetro encontra-se acoplado ao corpo do ins-
trumento.
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VÁCUO TORRICELLI
NÔNIO
CREMALHEIRA
TERMÔMETRO
TUBO
ARMADILHA
CUBA
Fig. III.8 - Barômetros do tipo Kew (esquerda) e Fortin (direita), cujo mecanismo de ajuste
da escala ao zero é visto em detalhe.
Os barômetros de mercúrio são fabricados de modo que forneçam leituras corretas
apenas se submetidos às condições-padrão de temperatura (0 oC) e aceleração da gravidade
(980,665 cm s-2). No entanto, mesmo sob essas condições, qualquer variação na pressão at-
mosférica acarreta a mudança do nível do mercúrio no interior da cuba, o qual serve de refe-
rência para se determinar a altura da coluna barométrica. Uma vez que as escalas são fixas e,
portanto, não podem ser ajustadas àquele nível, duas soluções foram adotadas pelos Fabri-
cantes:
- a escala é construída com divisões proporcionais à variação no nível do mercúrio da
cuba, compensando, automaticamente, o deslocamento do zero da escala; e
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- o nível do mercúrio contido na cuba pode ser elevado ou rebaixado pelo usuário, de
modo a ajustar-se a uma referência ponteaguda (visível através de janela existente na
cuba) que representa o ponto zero da escala.
A primeira solução é usada em barômetros do tipo Kew (também chamados barômetros
de cuba fixa, ou de escala compensada), cujo volume do mercúrio usado deve ser quantificado
com bastante precisão. A segunda é adotada nos do tipo Fortin, não tendo muita importância a
quantidade de mercúrio usada (desde que dentro dos limites permitidos pelo tamanho da
cuba).
A leitura dos barômetros deve ser iniciada pela determinação da temperatura. Em se-
guida é feito o ajuste do zero da escala, quando se tratar de um barômetro Fortin. Finalmente,
acionando-se o nônio de modo que sua base tangencie o menisco, efetua-se a leitura baromé-
trica propriamente dita.
Às leituras barométricas são normalmente aplicadas três correções (Varejão-Silva,
1982):
- correção de temperatura, para ajustar a leitura a 0 oC;
- correção instrumental, visando a compensar eventuais defeitos de fabricação (se
existirem) e que consta do certificado de calibragem do instrumento, fornecido pelo
fabricante; e
- correção de gravidade, para contrabalançar a diferença entre o valor local da acelera-
ção da gravidade e aquele usado para confeccionar a escala do instrumento (980,665
cm s-2).
O resultado, obtido ao se aplicarem essas correções à leitura barométrica, é que constitui a
pressão atmosférica real.
4.3.2 - Barômetros aneróides.
Os barômetros aneróides baseiam-se na deformação que variações da pressão atmos-
férica provocam em cápsulas metálicas de paredes onduladas e flexíveis, em cujo interior se
faz vácuo, advindo daí o nome aneróide pelo qual são conhecidas. Ao se deformarem por vari-
ação da pressão, a(s) cápsula(s) aneróide(s) movimenta(m) um sistema de alavancas que aci-
ona um ponteiro (Fig. III.9), o qual desliza sobre uma escala graduada, exibida num mostrador.
Em geral o sistema de alavancas inclui um compensador bimetálico, que tem a finalidade de
neutralizar os efeitos de dilatação, devidos à variação da temperatura sobre o próprio sistema.
Quando esse mecanismo está presente,