(UFOP-MG) Qual é a melhor forma de explicar por que um balão sobe quando o ar no seu interior é aquecido?
A) À medida que a temperatura do ar aumenta, sua pressão também aumenta, empurrando o balão para cima.
B) À medida que a temperatura do ar aumenta, ele se expande, e um pouco desse ar escapa por baixo do balão. A diminuição da densidade do ar no interior do balão faz com que este suba.
C) À medida que a temperatura do ar aumenta, a energia cinética média de suas moléculas também aumenta. A colisão entre essas moléculas do ar e as paredes do balão faz com que este suba.
D) À medida que a temperatura do ar aumenta, o ar quente no interior do balão sobe o que faz com que este também suba.

Passo 1

O enunciado pergunta por que um balão de ar quente sobe quando o ar em seu interior é aquecido. O conteúdo principal aqui é o uso da lei dos gases ideais para ver como a densidade do ar varia com a temperatura e o Princípio de Arquimedes para entender a força de empuxo.

Passo 2

Pela lei dos gases ideais, para uma massa fixa de ar podemos escrever
P V = n R T
onde P é a pressão, V o volume, n o número de mols, R a constante dos gases e T a temperatura. Num balão aberto ou que se expande livremente, a pressão interna se ajusta quase igual à externa. Logo, ao aumentar T, o volume V aumenta e a densidade interna
\rho_{\text{int}} = \frac{m}{V}
diminui.

Passo 3

Pelo Princípio de Arquimedes, a força de empuxo sobre o balão é
F_e = \rho_{\text{ar}}\,V\,g
sendo \rho_{\text{ar}} a densidade do ar ambiente. O peso do ar quente dentro do balão é
W = \rho_{\text{int}}\,V\,g.
Como \rho_{\text{int}}<\rho_{\text{ar}}, temos
F_e - W = (\rho_{\text{ar}} - \rho_{\text{int}})\,V\,g > 0,
o que resulta numa força líquida para cima, fazendo o balão subir.

Passo 4

A opção que descreve corretamente esse processo — expansão do ar, escape de um pouco de ar e diminuição da densidade interna, gerando empuxo — é a letra B.

Resposta

B

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