UFU 2021-2 (Medicina) — questão 23 de Física
Enunciado em texto
No início do século XVII, Bartolomeu de Gusmão apresentou à corte portuguesa um instrumento que viajava pelos ares, hoje conhecido por balão. Em sua obra “Manifesto Sumário para os que ignoram poder-se navegar pelo elemento do ar”, ele assim explica o princípio em que se baseia: qualquer lenho, por pequeno que seja, se sustenta facilmente nas águas, e este mesmo não pode se sustentar no ar, pois é mais leve do que as águas e mais grave do que os ares, entendendo-se grave como o que tem peso.
Tomando por base os atuais conhecimentos da Ciência, como se aplica o mesmo princípio apresentado por Bartolomeu no caso do balão?
A) O ar no interior do balão, por estar fechado dentro dele, está sujeito a uma maior pressão do que ar externo, e isso reduz consideravelmente seu peso, fazendo o balão subir.
B) O ar no interior do balão, por estar aquecido, é mais leve do que o ar exterior, o que faz que com que uma força externa maior que o peso do balão atue sobre ele, fazendo-o subir.
C) O ar no interior do balão, por estar sujeito a uma pressão constante, torna-se mais leve do que o ar externo, e assim uma força interna atua no balão, fazendo-o subir.
D) O ar no exterior do balão, por estar frio, fica menos denso do que o ar no seu interior, e isso gera uma força externa no balão, fazendo-o subir.
(Enunciado: Processo Seletivo UFU 2021-2 (Medicina, prova de 28/08/2021), 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: explicar, com o princípio de Arquimedes, por que o balão de ar quente sobe.
Passo 1 — o princípio de Gusmão é o de Arquimedes. Um corpo mergulhado num fluido recebe do fluido uma força para cima, o empuxo, igual ao peso do fluido que ele desloca. A madeira boia na água porque é menos densa que a água, mas não flutua no ar porque é mais densa que o ar. O ar também é um fluido e também empurra para cima.
Passo 2 — o balão. O empuxo sobre o balão é o peso do ar externo que ele desloca:
Aquecendo o ar de dentro, ele se expande e parte dele sai pela boca do balão; com a pressão praticamente igual à de fora e temperatura maior, a densidade interna fica menor (). O balão inteiro (envelope, cesto, pessoas e o ar quente de dentro) passa a pesar menos que o ar frio que ocupa o mesmo volume. Assim, o empuxo, que é uma força aplicada pelo ar externo, supera o peso, e o balão sobe.
Por que não as outras: A erra porque a pressão interna de um balão de ar quente é praticamente a atmosférica (ele é aberto embaixo), e pressão não “reduz peso”. C erra ao atribuir a subida a uma “força interna”: forças internas não aceleram o sistema; quem levanta o balão é o empuxo do ar de fora. D inverte tudo: o ar de fora é o mais frio e, portanto, o mais denso.
Um detalhe do enunciado: a apresentação de Gusmão à corte portuguesa foi em 1709, isto é, no início do século XVIII, não do XVII. Isso não muda a física da questão.
⚠️ A armadilha: a alternativa D, que fala de densidade e de força externa (palavras certas) mas troca quem é mais denso. O ar frio, de fora, é mais denso; por isso o balão quente “boia” nele.
A ideia em uma frase: o balão sobe pelo mesmo motivo que a madeira boia na água: ele, com seu ar quente, é menos denso que o fluido em volta, e o empuxo vence o peso.
Resposta: alternativa B (ar aquecido, menos denso; o empuxo supera o peso).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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