A Terra reflete aproximadamente
da luz solar incidente a partir das nuvens e superfície. (a) Dado que a intensidade da radiação solar no topo da atmosfera é de
, encontre a pressão de radiação na Terra, em Pascal, num local onde o Sol está diretamente acima. (b) Indique como esta quantidade se compara com a pressão atmosférica normal na superfície da Terra, que é de 101 kPa .
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão fala sobre quanta luz solar a Terra reflete e nos pede para calcular a pressão de radiação na Terra, além de compará-la com a pressão atmosférica normal. A matéria envolve conceitos de radiação solar e pressão exercida pela luz. Vamos precisar saber a intensidade da radiação solar no topo da atmosfera e a porcentagem que a Terra reflete.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é pressão de radiação. Quando a luz incide sobre um objeto, ela exerce uma pressão devido à transferência de momento. Se a luz é refletida, a pressão é maior do que se fosse apenas absorvida. A fórmula para a pressão de radiação refletida é:
onde:
-
é a pressão de radiação, -
é a intensidade da radiação solar, -
é a velocidade da luz ( ), -
é a fração de reflexão (albedo).
Passo 3
Segundo o enunciado, a intensidade da radiação solar no topo da atmosfera é
e a Terra reflete 38,0% dessa luz, ou seja,
. Vamos substituir esses valores na fórmula:
Passo 4
Vamos calcular passo a passo. Primeiro, multiplicamos 2 por 1370:
Depois, dividimos por
:
Agora, multiplicamos pelo albedo:
Passo 5
Então, a pressão de radiação na Terra, num local onde o Sol está diretamente acima, é aproximadamente
.
Passo 6
Agora, vamos comparar essa pressão com a pressão atmosférica normal na superfície da Terra, que é
ou
.
Dividindo a pressão de radiação pela pressão atmosférica:
Resposta
A pressão de radiação na Terra é aproximadamente
. Comparada à pressão atmosférica normal de
, a pressão de radiação é cerca de
vezes menor, ou seja, insignificante em relação à pressão atmosférica.
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De toda a energia eletromagnética no universo, de longe a maior quantidade é na forma de ondas com comprimentos de onda na faixa milimétrica. Esta é a radiação cósmica de fundo de microondas descoberta por Penzias e Wilson em 1965. Ele aparentemente preenche todo o espaço, incluindo o vasto espaço entre galáxias, com uma densidade de energia média de
. (a) Calcule a intensidade do campo elétrico rms nesta radiação. (b) Aproximadamente, a que distância de um transmissor de rádio de 1 kW você encontrará uma intensidade de onda eletromagnética comparável?
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, onde
é o valor médio do módulo do vetor de Poynting associado à radiação e
é o ângulo formado entre o vetor de Poynting e a normal à superfície. Mostre que se uma onda plana incide sobre uma superfície hemisférica de raio
, a potência sobre a superfície é dada por
.
Refaça o problema anterior supondo que, ao invés de ondas planas, temos ondas esféricas produzidas por uma fonte pontual, com potência
, localizada a uma distância
do centro da superfície hemisférica.
Um cabo cilíndrico de comprimento
e raio a feito de material com resistividade
, conduz uma corrente estacionária I uniformemente distribuída em sua seção reta. (a) Calcule o campo elétrico no interior do cabo. (b) Calcule o campo magnético na superfície do cabo. © Calcule o vetor de Poynting na superfície do cabo. (d) Mostre que o fluxo do vetor de Poynting na superfície do cabo é igual a
, sendo
a resistência elétrica do cabo; ou seja, o fluxo de
é igual à energia dissipada por efeito Joule no cabo.