EXPERIÊNCIA DE TORRICELLI: MEDIDAS DE PRESSÃO ATMOSFÉRICA, IMPORTÂNCIA - FISICA - 2025

O experimento Torricelli foi realizado pelo físico e matemático italiano Evangelista Torricelli em 1644 e resultou na primeira medição da pressão atmosférica.

Esta experiência surgiu da necessidade de melhorar o abastecimento de água nas cidades. Evangelista Torricelli (1608-1647), que era um matemático da corte do Grão-duque da Toscana Fernando II, havia estudado fenômenos hidráulicos junto com Galileu.

Figura 1. Experiência de Torricelli, na qual a coluna de mercúrio sobe 760 mm devido à pressão atmosférica. Fonte: F. Zapata.

O experimento

Em 1644, Torricelli fez a seguinte experiência:

- Ele introduziu o mercúrio em um tubo de 1 m de comprimento, aberto em uma extremidade e fechado na outra.

- Quando o tubo estava completamente cheio, ele inverteu e jogou em um recipiente que também continha mercúrio.

- Torricelli observou que a coluna desceu e parou a cerca de 76 cm de altura.

- Ele também percebeu que um vácuo foi gerado no espaço que estava livre, embora não fosse perfeito.

Torricelli repetiu o experimento usando diferentes tubos. Ele até fez uma pequena variação: colocou água no balde, que, por ser mais leve, flutuou sobre o mercúrio. Em seguida, ele lentamente levantou o tubo contendo mercúrio até a superfície da água.

Então o mercúrio desceu e a água subiu. O vácuo obtido, como já dissemos, não foi perfeito, pois sempre houve resquícios de vapor de mercúrio ou água.

A medição da pressão atmosférica

A atmosfera é uma mistura de gases em que predominam o nitrogênio e o oxigênio, com vestígios de outros gases como argônio, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, monóxido de carbono, vapor d'água e ozônio.

A atração gravitacional exercida pela Terra é responsável por manter todo o entorno do planeta.

É claro que a composição não é uniforme, nem a densidade, pois depende da temperatura. Perto da superfície existe uma boa quantidade de poeira, areia e poluentes de eventos naturais e também da atividade humana. As moléculas mais pesadas estão mais próximas do solo.

Por haver tanta variabilidade, é necessário escolher uma altitude de referência para a pressão atmosférica, que por conveniência foi tomada como nível do mar.

Aqui não é qualquer nível do mar, porque também apresenta oscilações. O nível ou datum é escolhido com a ajuda de algum sistema de referência geodésico fixado de comum acordo entre os especialistas.

Quanto vale a pressão atmosférica perto do solo? Torricelli encontrou seu valor ao medir a altura da coluna: 760 mm de mercúrio.

O barômetro Torricelli

No topo do tubo, a pressão é 0, pois o vácuo foi estabelecido ali. Enquanto isso, na superfície da cuba de mercúrio, a pressão P ₁ é a pressão atmosférica.

Vamos escolher a origem do referencial na superfície livre do mercúrio, na parte superior do tubo. Daí para a superfície do mercúrio no recipiente, meça H, a altura da coluna.

Figura 2. O barômetro Torricelli. Fonte: Física Geral para Engenheiros. J. Lay. USACH.

A pressão no ponto marcado em vermelho, na profundidade y ₁ é:

Onde ρ _Hg é a densidade do mercúrio. Como y ₁ = H e Po = 0:

Como a densidade do mercúrio é constante e a gravidade é constante, verifica-se que a altura da coluna de mercúrio é proporcional a P ₁ , que é a pressão atmosférica. Substituindo valores conhecidos:

A unidade de pressão no Sistema Internacional é o pascal, abreviado Pa. De acordo com o experimento de Torricelli, a pressão atmosférica é 101,3 kPa.

Importância da pressão atmosférica para o clima

Torricelli observou que o nível de mercúrio no tubo sofria pequenas variações a cada dia, então ele deduziu que a pressão atmosférica também deve mudar.

A pressão atmosférica é responsável por grande parte do clima, porém suas variações diárias passam despercebidas. É porque eles não são tão perceptíveis quanto tempestades ou frio, por exemplo.

No entanto, essas variações na pressão atmosférica são responsáveis ​​pelos ventos, que por sua vez influenciam as chuvas, a temperatura e a umidade relativa. Quando o solo se aquece, o ar se expande e tende a subir, fazendo com que a pressão caia.

Sempre que o barômetro indica altas pressões, pode-se esperar bom tempo, enquanto com baixas pressões existe a possibilidade de tempestades. No entanto, para fazer previsões meteorológicas precisas, você precisa de mais informações sobre outros fatores.

Ele

Embora pareça estranho, já que pressão é definida como força por unidade de área, em meteorologia é válido expressar a pressão atmosférica em milímetros de mercúrio, conforme estabelecido por Torricelli.

Isso porque o barômetro de mercúrio continua a ser usado hoje com pouca variação desde aquela época, de forma que em homenagem a Torricelli, 760 mm de Hg é igual a 1 torr. Em outras palavras:

Se Torricelli tivesse usado água em vez de mercúrio, a altura da coluna seria de 10,3 m. O barômetro de mercúrio é mais prático por ser mais compacto.

Outras unidades amplamente utilizadas são barras e milibares. Um milibar é igual a um hectopascal ou 10 ² pascais.

Altímetros

Um altímetro é um instrumento que indica a altura de um local, comparando a pressão atmosférica naquela altura com a do solo ou outro local de referência.

Se a altura não for muito grande, em princípio podemos supor que a densidade do ar permanece constante. Mas isso é uma aproximação, pois sabemos que a densidade da atmosfera diminui com a altura.

Usando a equação usada acima, a densidade do ar é usada em vez da do mercúrio:

Nesta expressão, P _o é considerado a pressão atmosférica ao nível do solo e P1 é aquela do local cuja altitude deve ser determinada:

A equação altimétrica mostra que a pressão diminui exponencialmente com a altura: para H = 0, P ₁ = P _ou e se H → ∞, então P ₁ = 0.

Referências

1. Figueroa, D. 2005. Série: Física para Ciências e Engenharia. Volume 5. Fluidos e termodinâmica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Physics: A Look at the World. 6ª edição resumida. Cengage Learning.
3. Lay, J. 2004. General Physics for Engineers. USACH.
4. Mott, R. 2006. Fluid Mechanics. 4º. Edição. Pearson Education.
5. Strangeways, I. 2003. Measuring the Natural Environment. 2ª Edição. Cambridge University Press.