(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.
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
onde
é a pressão,
o volume,
o número de mols,
a constante dos gases e
a temperatura. Num balão aberto ou que se expande livremente, a pressão interna se ajusta quase igual à externa. Logo, ao aumentar
, o volume
aumenta e a densidade interna
diminui.
Passo 3
Pelo Princípio de Arquimedes, a força de empuxo sobre o balão é
sendo
a densidade do ar ambiente. O peso do ar quente dentro do balão é
Como
, temos
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