Há aproximadamente 3 500 tempestades ocorrendo a cada instante ao redor do mundo e mais de 100 raios são produzidos a cada segundo. As regiões tropicais e subtropicais são as mais freqüentemente atingidas.

Segundo dados do National Lightning Safety Institute (NLSI)1, o prejuízo material anual nos EUA alcança dois bilhões de dólares e no ano passado (1999) 200 pessoas morreram vitimadas por raios.

Fatalidades por acidentes naturais

Outro estudo revelou que não menos de 14% dos acidentes relatados entre 1959 e 1994 estavam associados a atividades aquáticas, incluindo natação em piscinas, praias e rios, pesca, iatismo etc., perdendo apenas para os acidentes em campos abertos e bosques, com distribuição como se ilustra.

Distribuição por ambientes de maior risco de acidentes

O poder dos raios

Na antiguidade, acreditava-se que os raios eram castigos enviados por deuses furiosos e somente no século XVIII o fenômeno foi cientificamente explicado por Benjamin Franklin (1706 --- 1790) que, além de político, era também físico e filósofo. Franklin enunciou o princípio da conservação da carga, descobriu a natureza elétrica dos raios e inventou o pára-raios. Nos dois séculos que se seguiram, muitas pesquisas foram feitas na área de meteorologia e o fenômeno da geração de raios é atualmente bem conhecido.

As nuvens de tempestade têm altura entre 1,5 e 15 km, apresentando temperaturas internas muito diferentes. Na parte inferior, a temperatura é próxima à do ambiente (em média 20 oC), enquanto que na parte mais alta pode atingir - 50 oC. Este enorme gradiente de temperaturas gera ventos muito intensos no interior das nuvens que por sua vez provocam a separação de cargas elétricas devido ao atrito com as partículas de gelo existentes no topo. Assim, a parte inferior das nuvens contém excesso de cargas negativas, enquanto a parte superior, positivas.
Por indução, no solo há surgimento de excesso de cargas positivas e se estabelece uma enorme diferença de potencial entre a nuvem e o solo, podendo atingir milhões de volts. Uma vez vencida a capacidade isolante do ar, ocorrem de 30 a 40 descargas elétricas sucessivas espaçadas por intervalos de aproximadamente 0,01 s, que constituem um único raio. Observe a ilustração:

Distribuição de cargas no solo e nas nuvens

As correntes elétricas envolvidas neste processo variam de 10 000 a 200 000 ampères, aumentando a temperatura do ar para até 30 000 oC e provocando violenta expansão, com ondas de compressão que podem ser audíveis a alguns quilômetros de distância (trovões). As altas correntes e temperaturas são responsáveis por incêndios, queimaduras e mortes nos acidentes com raios.

A proteção necessária

A melhor forma de proteção é o pára-raios, que consiste de uma haste metálica fixada num ponto elevado e aterrada por meio de um fio condutor espesso. A região protegida por este simples dispositivo tem o formato de um cone cujo diâmetro (d) corresponde a duas vezes a sua altura (h), medida do solo até o topo do pára-raios, como se ilustra.

Cone de proteção do pára-raios

Pára-raios devem ser corretamente dimensionados, instalados (e revisados periodicamente) por empresas e técnicos especializados, segundo Normas Técnicas.

Devido ao fato de a corrente elétrica sempre procurar escoar pelo caminho mais curto (em termos de resistência elétrica), os raios normalmente atingem os pontos mais altos de uma região. Assim, deve-se evitar, durante uma tempestade, locais descampados, piscinas, praias, campos de futebol e árvores isoladas.

Como as velocidades da luz (~300 000 km/s) e do som (~330 m/s) são muito diferentes, é possível calcular com razoável precisão a que distância se encontra a tempestade. O número de segundos decorridos entre o instante em que se observa o relâmpago e se ouve seu correspondente trovão deve ser multiplicado por 330 m. Assim, por exemplo, um intervalo de 3 segundos indica que a tempestade se encontra a aproximadamente um quilômetro do local (3 x 330 m).

Os usuários de piscinas correm riscos mesmo quando um raio atinge o solo a uma distância superior a 500 m. Isto porque parte da corrente elétrica pode escoar por tubulações de água, percorrendo longas distâncias, até a piscina (internas ou externas). De acordo com recomendações do NLSI as atividades aquáticas devem ser suspensas e as pessoas encaminhadas a um local protegido por pára-raios sempre que uma tempestade estiver mais próxima que 13 km, isto é, quando o intervalo de tempo referido acima for menor que 40 segundos.
Finalmente, vale reforçar que a recomendação acima se aplica para piscinas tanto externas como internas.

Referências
1. National Lightning Safety Institute, http://www.lightningsafety.com
2. Curran, Holle & Lopez, Lightning Fatalities, Injuries and Damage Reports in the United States, 1959 - 1994, NOAA Tech. Memo. No NWS SR-193, October 1997.
Os autores
* O Prof. Dr. Jonas Gruber é docente do Instituto de Química da Universidade de São Paulo.
** Rosamaria Wu Chia Li é mestre em Ciências pelo Instituto de Química da Universidade de São Paulo.

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