Um balão de hélio que flutua na atmosfera, carregando um pequeno peso, sobe a velocidade constante. Levando em conta que a densidade do ar decresce com a altitude e desprezando qualquer força de resistência do ar, podemos afirmar que:

(a) O volume do balão aumenta e o empuxo sobre o balão aumenta.

(b) O volume do balão não se altera e o empuxo diminui.

(c) O volume do balão diminui, assim como o empuxo.

(d) O volume do balão aumenta, mas o empuxo não se altera.

(e) Tanto o volume do balão quanto o empuxo permanecem constantes.

Vamos analisar todas as alternativas!

(a) O volume do balão aumenta e o empuxo sobre o balão aumenta.

Bom, conforme o balão vai subindo a densidade do ar diminui. O ar fica mais rarefeito, a pressão externa ao balão também diminui. Para que as pressões externa e interna estejam em equilíbrio, o balão aumenta de tamanho diminuindo a pressão interna.

Para constante, se a pressão diminui V deve aumentar. Show?

E o empuxo?

O balão tem um pequeno peso pendurado nele. E como a velocidade é constante, a força resultante é zero. Então:

E a fórmula do empuxo é:

Como a velocidade continua constante, o empuxo continua o mesmo depois de o balão aumentar de volume. Uma explicação pra isso é que o volume do balão aumenta na mesma proporção que a densidade do ar diminui, aí o empuxo fica o mesmo.

Então essa alternativa tá errada!

(b) O volume do balão não se altera e o empuxo diminui.

O volume do balão se altera siiiim! Aumenta, o empuxo que continua o mesmo. Alternativa errada!

(c) O volume do balão diminui, assim como o empuxo.

Errado! O volume do balão aumenta, o empuxo não muda.

(d) O volume do balão aumenta, mas o empuxo não se altera.

Essa é a verdadeira! O volume do balão aumenta, o empuxo não muda.

(e) Tanto o volume do balão quanto o empuxo permanecem constantes.

Errado! Só o empuxo é constante, o volume do balão aumenta.