O trovão é uma trena de 3 segundos

A luz do clarão chega instantânea e o som demora 340 metros por segundo, então cada 3 segundos contados valem um quilômetro até a descarga.

Relâmpago ramificado cortando o céu escuro sobre a cidade à noite.

Cada 3 segundos contados valem um quilômetro

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A cena se repete em quase toda casa brasileira entre outubro e março. A janela acende de branco por uma fração de instante, o quarto inteiro fica sem sombra, e alguém na sala começa a contar em voz alta, meio de brincadeira, meio levando a sério. Um, dois, três. O estouro chega no meio da contagem e a conversa muda de assunto.

Quase ninguém sabe explicar por que aquela contagem funciona, e uma boa parte das pessoas desconfia que não funciona coisa nenhuma, que é superstição de avó no mesmo balaio de sapo pulando antes da chuva e de dor no joelho anunciando frente fria.

A desconfiança é injusta com a contagem. Ela é o raro caso de sabedoria popular que sobrevive intacta ao teste de laboratório, porque não depende de interpretação nenhuma. Existe um número físico medido com precisão, uma divisão simples, e uma resposta em quilômetros que qualquer pessoa consegue produzir sem nenhum instrumento além do próprio relógio interno.

O que a contagem entrega é uma medida de distância feita com dois sentidos diferentes cronometrados um contra o outro. A vista recebe o aviso praticamente na hora em que ele é emitido. O ouvido recebe o mesmo aviso muito depois, e o atraso entre os dois carrega a informação de quanto chão existe entre você e o ponto exato onde o céu se rompeu.

A mesma conta que resolve a distância também explica o barulho. O estouro não é uma nuvem batendo em outra, nem duas cargas se chocando no ar, imagem que ainda circula em livro escolar antigo. O trovão nasce de uma coluna de ar estreita submetida a uma temperatura absurda em menos de um piscar, e o que se ouve é aquela coluna arrebentando para os lados na velocidade de uma explosão.

Vale conhecer os três números que sustentam tudo, porque eles cabem numa linha e mudam a forma como você escuta a próxima tempestade da janela de casa.

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I A Curiosidade do Dia

Três números que cabem na palma da mão

A velocidade do som no ar seco, a 20 graus, é de aproximadamente 343 metros por segundo. A velocidade da luz no mesmo ar é de cerca de 300 mil quilômetros por segundo, quase um milhão de vezes maior. Um quilômetro de distância vale 2,9 segundos de atraso para o som e três milionésimos de segundo para a luz.

Essa desproporção é a razão de a regra funcionar sem correção nenhuma. Se o raio caiu a três quilômetros, a luz chega ao seu olho em dez milionésimos de segundo, um intervalo que nenhum sistema nervoso humano consegue registrar como espera. Para efeito prático, o clarão é o instante zero do cronômetro.

Daí sai a regra de bolso: cada três segundos entre o clarão e o estouro equivalem a um quilômetro de distância. Contou nove, a descarga caiu a três quilômetros. Contou trinta, a tempestade está a dez quilômetros. Contou um só, ela caiu a pouco mais de trezentos metros, e a conversa deveria parar ali.

A versão americana da mesma regra usa cinco segundos por milha, o que dá exatamente o mesmo número em outra unidade. Existe ainda a versão de três segundos por quilômetro arredondada para baixo, que trabalha com 333 metros por segundo e erra por volta de 3%, margem irrelevante quando o objetivo é decidir se dá tempo de recolher a roupa do varal.

A temperatura muda um pouco a conta, mas menos do que a intuição sugere. O som viaja cerca de 0,6 metro por segundo mais rápido a cada grau a mais no ar, então uma noite de 30 graus e uma madrugada de 10 graus diferem em torno de 4% na velocidade. Em três quilômetros, a diferença dá menos de meio segundo de contagem.

Nenhuma variação de temperatura, umidade ou altitude é grande o bastante para estragar a regra dos três segundos, porque o erro fica sempre na casa de poucos por cento.

O que atrapalha de verdade é outra coisa: a contagem humana. Quem conta rápido, na ansiedade, encurta o segundo e coloca a tempestade mais perto do que ela está. Contar dizendo mil e um, mil e dois, mil e três resolve o problema, porque a frase inteira ocupa aproximadamente um segundo de fala.

Um detalhe fecha a régua. O que você mede é a distância até o ponto do canal que estava mais próximo de você, não até a nuvem inteira, que pode ter dezenas de quilômetros de largura e estar despejando chuva num bairro onde o sol ainda aparece.

II A História Por Trás

A coluna de ar que ferve cinco vezes mais que o Sol

O clarão e o estouro são o mesmo evento visto por dois sentidos, e o evento tem nome de engenharia: uma descarga elétrica atravessa um canal de ar com poucos centímetros de diâmetro, algo entre dois e cinco na maior parte das medições, transportando uma corrente que costuma passar de trinta mil ampères.

A temperatura que a corrente produz nesse canal é o número mais desproporcional da física do tempo. As medições espectroscópicas, feitas decompondo a luz do relâmpago, colocam o pico em torno de 30 mil graus Celsius. A superfície do Sol fica em cerca de 5.500 graus. O canal de ar de uma tempestade comum, por alguns microssegundos, fica cinco vezes mais quente que a superfície da estrela que nos ilumina.

Ar aquecido a essa temperatura não permanece ar. Os elétrons se soltam dos átomos e a coluna vira plasma condutor, o mesmo estado de matéria de uma lâmpada de vapor de sódio ou do interior de uma estrela. É o plasma incandescente que emite a luz branco-azulada que atravessa a persiana fechada.

O barulho vem da consequência mecânica. Aquecer um gás a 30 mil graus em menos de um milionésimo de segundo faz a pressão dentro do canal saltar para dez ou mais vezes a pressão atmosférica, e a coluna se expande para os lados em velocidade supersônica. A onda de choque resultante desacelera para velocidade do som em alguns metros e continua viajando como uma onda sonora violenta.

"O trovão é produzido pela expansão explosiva do canal aquecido pela corrente de retorno, cuja pressão inicial excede em muito a do ar circundante." Martin Uman, The Lightning Discharge, 1987.

O relâmpago não faz barulho ao acender: o barulho é o ar rasgando para fora do caminho depois que a corrente já passou.

O formato do som também tem explicação geométrica. O estalo seco vem quando o canal está perto e a onda chega inteira. O ribombar longo e arrastado aparece quando o canal está longe, porque o canal tem quilômetros de comprimento, cada trecho dele fica a uma distância diferente do seu ouvido, e o som de cada trecho chega num momento diferente. O rolo que dura dez segundos é a leitura sonora de um raio com três quilômetros de extensão.

A atmosfera ainda filtra o resultado. Frequências agudas se dissipam mais rápido no ar do que as graves, então uma descarga distante chega como grave rolando, sem estalo nenhum, enquanto a mesma descarga a duzentos metros chega como um tiro de canhão. Acima de vinte quilômetros, o som se dispersa tanto que o relâmpago fica silencioso, e ganha o apelido popular de raio de calor.

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III Pra Contar na Mesa

Como usar a régua enquanto a chuva chega

A contagem serve para conversa, e serve melhor ainda para decisão prática. Ela vira ferramenta de segurança em três movimentos que qualquer pessoa executa da varanda:

1. Comece a contar em voz alta no instante do clarão, dizendo mil e um, mil e dois, mil e três, até ouvir o estouro.

2. Divida o número de segundos por três. O resultado é a distância em quilômetros até o ponto do canal mais próximo de você.

3. Repita na descarga seguinte. Se a contagem está encolhendo, a tempestade vem na sua direção, e a velocidade de aproximação sai da diferença entre as duas medidas.

A regra que os serviços meteorológicos usam sobre esse número tem nome e é fácil de decorar. Chama-se regra dos 30 e 30: contagem abaixo de 30 segundos, o que significa dez quilômetros ou menos, é hora de entrar em construção fechada; e só se volta para a área aberta 30 minutos depois do último trovão ouvido.

A segunda metade da regra é a que salva mais gente, porque contraria a intuição. Uma parcela relevante das mortes por raio acontece com o céu já clareando, quando a chuva parou e a turma volta para o campo, e a nuvem que se afastou ainda consegue lançar descarga a mais de dez quilômetros da chuva visível.

Vale saber o tamanho real do risco no Brasil. O país lidera as estatísticas mundiais de incidência de raios em número absoluto, com algo em torno de 78 milhões de descargas por ano, segundo o grupo de eletricidade atmosférica do Inpe, e registra em média cerca de cem mortes anuais por essa causa.

A contagem também resolve uma dúvida clássica de casa: dá para tomar banho durante a tempestade? A recomendação técnica é não tomar, e o motivo não tem nada de místico. A tubulação metálica e a coluna de água conduzem, e um raio que atinge a rede elétrica ou hidráulica do prédio pode aparecer no chuveiro.

Fica um bônus curioso para quem gosta de aplicar a mesma régua em outro lugar. O intervalo entre o flash e o estouro é o mesmo princípio que o Serviço Geológico dos Estados Unidos usa para localizar terremotos, comparando a chegada da onda P, mais rápida, com a onda S, mais lenta, em três estações diferentes.

A vantagem do trovão sobre o terremoto é que ele dispensa a estação sismográfica. Dois sentidos, um relógio interno e uma divisão por três entregam uma medida física de distância com margem de poucos por cento, feita da janela da cozinha e sem custar nada.

"Quantas outras medidas do seu dia você conseguiria fazer sem instrumento nenhum, só cronometrando dois sentidos?"