Propriedades do ar

As propriedades do ar são: massa, volume, densidade, pressão, resistência, compressibilidade, elasticidade e expansibilidade, que influenciam diversos fenômenos atmosféricos. O ar atmosférico é composto principalmente por nitrogênio (78%) e oxigênio (21%), além de pequenas quantidades de outros gases, como gás carbônico, vapor d’água e monóxido de carbono.

A composição do ar é essencial para a vida na Terra, regulando a temperatura e sendo fundamental em processos como a respiração dos seres vivos e a fotossíntese das plantas. No entanto, atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis e o desmatamento, intensificam o efeito estufa e as mudanças climáticas, contribuindo para a ebulição global.

Leia também: Quais são as propriedades gerais da matéria?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre propriedades do ar
• 2 - Quais são as propriedades do ar?
  • → Massa
  • → Volume
  • → Densidade
  • → Pressão
  • → Resistência
  • → Compressibilidade
  • → Elasticidade
  • → Expansibilidade
• 3 - Composição do ar
• 4 - Propriedades do ar comprimido
• 5 - Qual a importância do ar?

Composição do ar

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Pressão atmosférica

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Resumo sobre propriedades do ar

• As propriedades do ar são massa, volume, densidade, pressão, resistência, compressibilidade, elasticidade e expansibilidade.
• O ar atmosférico é formado principalmente por nitrogênio (78%) e oxigênio (21%), além de pequenas quantidades de gás carbônico, vapor d’água e outros gases.
• Quando comprimido, o ar armazena energia que pode ser usada para movimentar máquinas pneumáticas, encher pneus e estocar oxigênio em cilindros médicos ou de mergulho.
• O ar é essencial para a vida na Terra, pois permite a respiração dos seres vivos, a fotossíntese das plantas e ajuda a regular a temperatura do planeta por meio do efeito estufa.
• A emissão de gases poluentes, o uso de combustíveis fósseis,  o desmatamento e as queimadas intensificam o efeito estufa, contribuindo para a ebulição global e as mudanças climáticas.

Quais são as propriedades do ar?

Apesar de invisível ao olho humano, não poder ser tocado ou até cheirado, o ar atmosférico tem diversas propriedades que os instrumentos de medidas atuais são capazes de inferir com um alto grau de confiabilidade, são elas:

• massa;
• volume;
• densidade;
• pressão;
• resistência;
• compressibilidade;
• elasticidade; e
• expansibilidade.

→ Massa

O ar, assim como a matéria comum, como as rochas, árvores, carros, animais, humanos, montanhas, rios e oceanos, tem uma coisa em comum: ele é constituído de átomos. Átomos, por sua vez, são massivos, ou seja, têm uma propriedade chamada de massa. Objetos massivos “respondem” com inércia quando sob a atuação de uma força.

A forma mais comum de se medir a massa de um objeto é medindo a força peso que o objeto faz contra uma balança. A força peso (P) é dada pela multiplicação entre a massa (m) do objeto e a gravidade (g = 9,8 m/s²), da seguinte forma:

$P=m \cdot g$

Assim, um jeito simples de provar que o ar tem massa é usando uma balança muito sensível, fazendo a medida do peso de uma caixa fechada cheia de ar e dessa mesma caixa fechada a vácuo (sem matéria dentro). Ao fazer a medida, notaremos que a caixa cheia de ar terá um peso levemente maior. Esse superávit de massa corresponde à massa do ar que estava ocupando a caixa.

→ Volume

Por ser constituído de átomos, além de ter massa, o ar tem também volume, pois ele ocupa espaço. No exemplo anterior, o volume que ele ocupa é o volume do interior da caixa. No caso do ar atmosférico, o espaço que o ar ocupa é toda a atmosfera terrestre acima do solo.

→ Densidade

Agora que temos conhecimento das duas propriedades fundamentais, massa (m) e volume (V), podemos definir essa terceira propriedade. A densidade (D) de uma substância é dada pela divisão da massa da substância pelo seu volume:

$D = \frac {m}{V}$

Sob condições normais de temperatura e pressão, a densidade do ar atmosférico é igual a:

1,2922 kg/m³

É por causa da densidade que um balão cheio de gás hélio sai voando para cima. O gás hélio tem uma densidade menor que a do ar, fazendo com que ele suba.

→ Pressão

A pressão (p) é definida como a divisão entre a força aplicada (F) e a a área da superfície (A):

$p = \frac {F}{A}$

Assim, a pressão do ar, ou pressão atmosférica, ou também pressão barométrica, é a força peso da coluna de ar sobre a superfície terrestre. Sob condições normais de temperatura no nível do mar, a pressão atmosférica é de 101325 Pa. Esse valor é definido como igual a 1 atm.

Contudo, um fenômeno que ocorre com a pressão atmosférica é que o seu valor vai diminuindo conforme aumentamos a altitude. Isso ocorre justamente por causa da densidade. Conforme elevamos a altitude, o ar vai ficando mais rarefeito, pois o ar vai ficando menos denso, até que, em certa altitude, não há mais ar.

→ Resistência

O ar é um fluido. Fluidos resistem contra o movimento de um corpo inserido nele. A resistência é a medida do quanto o fluido resiste a esse movimento. Quanto maior a velocidade do corpo, maior será a resistência do ar. Por exemplo um avião comercial a 800kmh sofre uma resistência estupidamente maior que um carro a 50 km/h. Além disso, quanto maior a área da superfície do corpo, maior também será a resistência do ar. Denominamos essa força como força de arrasto.

É por isso que um paraquedas impede que o paraquedista caia violentamente no chão, porque a grande área do paraquedas faz com que a força de arrasto seja tão grande, a ponto de fazer ele cair lentamente até o solo.

→ Compressibilidade

Como vimos, o ar ocupa volume no espaço, porém, se esse ar for comprimido, ele diminuirá o seu volume, fazendo com que as suas moléculas fiquem um pouco mais próximas umas as outras. A compressibilidade de uma substância é a medida do quanto essa substância diminui seu volume ao ser comprimida.

Uma forma simples de se comprimir o ar é usando uma seringa cheia de ar. Ao tampar o buraco da seringa e apertar o seu êmbolo, o volume do ar diminuirá. Ao fazer esse mesmo experimento com água no lugar de ar, notaremos que o volume quase não muda, porque os líquidos e os sólidos são praticamente incompressíveis.

→ Elasticidade

É a propriedade do ar de voltar ao seu volume original quando a compressão é cessada. No exemplo da seringa, se parar de apertar o êmbolo, o volume original voltará sozinho.

→ Expansibilidade

A expansibilidade é justamente o conceito contrário ao da compressibilidade. Quando o ar se expande, seu volume aumenta, fazendo que as suas moléculas fiquem um pouco mais afastadas. Uma forma simples de se expandir o ar é usando a mesma seringa do exemplo anterior. Ao tampar o buraco e puxar o êmbolo da seringa, o volume do ar no interior aumentará.

Veja também: Por que o gás hélio deixa a voz fina?

Composição do ar

Como dito anteriormente, o ar é composto de átomos, e esses átomos se unem a outros átomos por ligações químicas, formando moléculas. O ar atmosférico é composto majoritariamente pelas moléculas dos seguintes gases:

• Nitrogênio (N2): É o gás mais abundante no ar atmosférico, aproximadamente 78%. É uma molécula composta por dois átomos de nitrogênio ligados. Saiba mais clicando aqui.

• Oxigênio (O2): É o segundo gás mais abundante no ar atmosférico, cerca de 21%. É uma molécula composta por dois átomos de oxigênio ligados. Para saber mais sobre oxigênio, clique aqui.

• Gás carbônico (CO2): Compõe apenas 0,03% do ar atmosférico. É uma molécula composta por dois átomos de oxigênio e um de carbono.

• Vapor d’água (H2O): Pode variar entre 0 e 4% do ar atmosférico, dependendo da região. É um conjunto de moléculas de água (duas moléculas de hidrogênio e uma de oxigênio) no estado gasoso, vindo da evaporação de águas de rios e oceanos.

• Outros gases: Compõem cerca de 1% do ar atmosférico. Alguns deles incluem o dióxido de carbono, hélio, argônio, neônio, entre muitos outros.

Propriedades do ar comprimido

O ar comprimido pode ser uma ferramenta de trabalho extremamente versátil. Seu funcionamento é simples: ao ser comprimido por um compressor, o ar ocupa um espaço menor e armazena uma grande quantidade de energia, que depois pode ser utilizada para movimentar máquinas pneumáticas, encher os pneus dos carros, ou até mesmo para estocar o oxigênio em cilindros utilizados em hospitais ou por mergulhadores aquáticos.

Saiba mais: Quais são os gases do efeito estufa?

Qual a importância do ar?

A composição do ar atmosférico é fundamental para a existência da vida no planeta Terra. O nitrogênio (N2) é fundamental para as plantas no processo conhecido como ciclo de hidrogênio. O oxigênio (O2) é um dos componentes mais importantes para os seres vivos, pois é o gás utilizado na respiração. O gás carbônico (CO2) é de extrema importância na fotossíntese das plantas e é o gás liberado na respiração.

Além disso, o ar atmosférico é crucial na regulação térmica (efeito estufa) do planeta, mantendo uma temperatura ideal para a manutenção da vida. No entanto, em virtude do modo de produção baseado no lucro, o planeta está passando por uma ebulição global (estágio avançado do aquecimento global), causada pelo aumento acelerado das temperaturas médias do planeta Terra.

O uso de combustíveis fósseis, como o petróleo e o carvão, as queimadas, o desmatamento, e a emissão de gases poluentes da atmosfera pelas indústrias são os fatores que contribuem para a intensificação do efeito estufa e das mudanças climáticas.

Créditos da imagem

^[1] Dennis MacDonald/ Shutterstock

Fontes

CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Mecânica (vol. 1). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, ondas e termodinâmica (vol. 2). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, oscilações e ondas, calor (vol. 2). 4 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2013.