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.
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.