Iglu um Cobertor de Gelo

Um iglu, habitação arredondada com paredes feitas de gelo

O iglu é uma habitação feita de neve ou gelo, típica de habitantes da região polar norte e que, apesar de ter as suas paredes muito frias, abaixo de zero Ceusius, consegue proporcionar conforto térmico aos seus habitantes. Há aqui um aparente paradoxo pois, estando o gelo muito frio, seria mais lógico acreditar que ele deveria congelar as pessoas dentro do iglu, não é mesmo? Mas não é isso o que acontece.

Para entender esse "truque" físico fantástico, vamos usar novamente o Modelo de Fourier para o Fluxo de Calor:


O principal segredo do isolamento térmico nos iglus reside no fato de que gelo é um mau condutor de calor, ou seja, tem um pequeno coeficiente de condutibilidade térmica K. Em outras palavras, uma parede de gelo funciona como um bom isolante térmico, dificultando trocas de calor entre o interior e o exterior. Na prática, o ambiente interno do iglu perde pouco calor para o ambiente externo através das paredes isolantes de gelo. Isso mantém a temperatura interna da habitação estável e num valor mais alto que o lado de fora, o que é bastante agradável para os habintantes desta casa de paredes geladas.

Fazendo paredes de gelo mais grossas, ou seja, com espessura L maior, fica evidente pelo Modelo de Fourier que o fluxo F de calor será menor, ou seja, a perda de calor para o meio externo será ainda menor. Iglus, como o da foto acima, costumam ter paredes bem espessas.

Outro truque físico fantástico para minimizar ainda mais a perda de calor, aumentando a eficiência do efeito isolante das paredes de gelo, está na forma arredondada do iglu. Note que o fluxo F de calor de Fourier é diretamente proporcional à área A das paredes. A forma arredondada garante uma área A menor, o que minimiza o fluxo de calor.

Para provar isso, basta imaginar uma esfera de raio r inscrita num cubo de arestas 2r, como na figura abaixo.


O iglu arredondado tradicional corresponde aproximadamente à metade superior da esfera. Um iglu cúbico imaginário equivalente deve corresponder à metade do cubo (linhas vermelhas). Vamos comparar as áreas das paredes externas do iglu redondo com o iglu cúbico imaginário (sem considerar a área em contato com o chão):

Iglu tradicional (redondo)
A área superficial de uma esfera de raio R mede 4.pi.R(quadrado). O iglu, de raio r, correponde à metade de uma esfera e, portanto, terá uma área total de aproximadamente:
AIGLU = 4.pi.r(quadrado)/2 = 2.pi.r(quadrado) = 2.3,14.r(quadrado) = 6,28.r(quadrado)

Iglu imaginário (cúbico)
O iglu cúbico terá um teto quadrado, de lado 2r, e quatro paredes verticais com 2r de comprimento e r de altura (veja linhas vermelhas na figura).
A área do teto do iglu cúbico será:
ATeto = 2r X 2r = 4r(quadrado)
A área de cada parede vertical do iglu cúbico será:
AParede = 2r X r = 2r(quadrado)
Concluímos que a área total do iglu cúbico imaginário será:
A'IGLU = ATeto + 4.AParede= 4r2 + 4(2r(quadrado)) = 4r(quadrado) + 8r(quadrado)= 12r(quadrado)
Pelos cálculos acima percebemos que um iglu cúbico teria praticamente o dobro da área superficial equivalente de um iglu redondo uma vez que 12.r(quadrado)/6,28.r(quadrado) = 2. Logo, o iglu cúbico iria transferir pelas suas paredes de gelo o dobro da quantidade de calor transferida pelas paredes do iglu redondo. Um iglu redondo tem praticamente o dobro da eficiência isolante de um iglu cúbico equivalente! A forma arredondada dos iglus não é uma questão de estética mas sim de função!


Curiosidade da Física...Dormindo encolhido


Se você entendeu a idéia física básica deste post, então me responda uma coisa:

Quando uma pessoa está com frio e deita-se para dormir, normalmente ela fica encolhida. O mesmo parece estar acontecendo com o cãozinho da foto ao lado. Há uma razão física para isso?

Se respondeu sim, acertou! É instintivo ficarmos encolhidos, numa posição mais arredondada, diminuindo a área externa do nosso corpo por onde perdemos calor para o ambiente. Desta forma, o fluxo de calor cai e sentimos maior conforto térmico.

Veja só que interessante: no fundo, todos nós aprendemos física na prática, vivendo! Até um cão aprende física!