Um balão esférico de borracha inflado com ar é mantido parado, com sua abertura, no lado oeste, mantida fechada e apertada. (b) Depois que o balão é solto, ele decola em direçāo ao leste, ganhando velocidade
rapidamente. Explique este movimento em termos das forças que agora agem na borracha.

Passo 1

Vamos resumir o que o exercício está nos perguntando. Temos um balão esférico de borracha, inflado com ar, que está parado com a abertura fechada no lado oeste. Quando o balão é solto, ele decola em direção ao leste, ganhando velocidade rapidamente. Nosso objetivo é explicar esse movimento observando as forças que atuam na borracha do balão após ele ser solto. Para resolver isso, vamos precisar entender os conceitos de força de reação do ar e a ação das forças internas no balão.

Passo 2

Primeiro, vamos pensar no balão antes de ser solto. Ele está estacionário, com a abertura fechada. Isso significa que as forças que atuam sobre ele estão balanceadas. A força do ar dentro do balão está empurrando para fora igualmente em todas as direções, e a força do ambiente (como a pressão atmosférica) está equilibrando essa pressão interna.

Passo 3

Quando o balão é solto, a abertura que estava fechada permite que o ar saia rapidamente. O ar que sai do balão exerce uma força na direção oposta ao movimento que ele está tomando. Segundo a terceira lei de Newton, para cada ação há uma reação igual e oposta. Então, se o ar está sendo expelido para oeste, a reação é uma força que empurra o balão para leste.

Passo 4

Além disso, ao sair rapidamente, o ar cria uma corrente que reduz a pressão na direção oeste. Essa diferença de pressão faz com que a força resultante empurre o balão na direção onde a pressão é maior, que é para leste. É por isso que o balão ganha velocidade rapidamente nessa direção.

Passo 5

Resumindo, as principais forças que atuam no balão após ser solto são:
  • A força de reação do ar que está sendo expelido para oeste, empurrando o balão para leste.
  • A diferença de pressão criada pela saída rápida do ar, que também contribui para o empurrão na direção leste.

Resposta

O movimento do balão para leste se deve à força de reação do ar sendo expelido para oeste e à diferença de pressão criada pela saída rápida do ar, resultando em uma força resultante que empurra o balão na direção leste, fazendo-o ganhar velocidade rapidamente.

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