Questões de Física · Cebraspe

FísicaEmpuxo e princípio de ArquimedesCebraspe 2009

UnB

Questão de Física

válvula do paraquedas gomos do balão painéis

Figura da questão (imagem do caderno de prova)

envelope tanques de propano (internos) Antes do primeiro voo de Santos Dumont, realizado em um avião no início do século XX, relatos referem que o padre jesuíta brasileiro Bartolomeu de Gusmão, também conhecido como padre voador, realizou, em um balão, um voo de 1 km. Para voar em um balão, é necessário preenchê-lo com um gás que apresente densidade menor que a do ar atmosférico, tal como o hélio ou o próprio ar aquecido. Nesse caso, o balão deve possuir queimadores equipados com cilindros de combustível, usualmente propano (C3H8). Quando o peso do balão for menor que o empuxo provocado pelo ar deslocado, o balão sobe. Como a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude, o empuxo sobre o balão torna-se menor, em uma altura na qual o balão atinge um equilíbrio e pode deslocar-se horizontalmente. Para temperatura constante, a pressão atmosférica p em função da altura h, a partir da superfície terrestre, é descrita pela equação § Mgh · ¨ ¸ p p(h) p e © RT ¹ 0 , em que p0 é a pressão atmosférica na superfície da terra, M, a massa molar média do ar 2 (0,0289 kg/mol), g, a aceleração da gravidade (10 m/s ), 31 31 R, a constante universal dos gases (8,3 J# mol # K ou 31 31 8,3 kPa # L # mol # K ) e T, a temperatura absoluta.

Com base nessas informações e considerando ideais todos os gases envolvidos no funcionamento de um balão, julgue os itens de 64 a 73. Considere que um balão com volume igual a 5 × 106 L se desloque horizontalmente a uma altitude constante na qual a pressão e a temperatura atmosféricas são iguais a 50 kPa e 283 K, respectivamente. Nessa situação, a massa total do conjunto balão mais a carga transportada e mais o gás que o preenche é superior a 3.000 kg.

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Questão de prova oficial, com o gabarito definitivo publicado pela banca. Reproduzida para fins de estudo.