Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 1.Problemas - Ex. 109
Os balões geralmente são preenchidos com gás hélio, porque seu peso representa apenas um sétimo do ar em condições idênticas. A força de flutuação, que pode ser expressa como , empurrará o balão para cima. Se o balão tiver um diâmetro de 12 m e carregar duas pessoas com 85 kg cada uma, determine a aceleração do balão quando ele for liberado. Considere a densidade do ar = 1,16 kg/, e despreze o peso das cordas e da cesta.
Passo 1
Considerações:
- O peso das cordas e da cesta é desprezível;
- O formato do balão é de uma esfera;
- A aceleração da gravidade é de 9,8 m/.
Passo 2
Inicialmente, vamos calcular o volume do balão. Como o balão segue o formato de uma esfera, teremos que o seu volume será dado por
Foi fornecido que o diâmetro do balão é de 12 m, logo, o seu raio será metade disso, ou seja, 6 m. Daí,
Passo 3
Agora, utilizando a expressão para achar a força de flutuação, teremos
Passo 4
Agora, vamos determinar a massa de hélio presente no balão. Sabemos que sua densidade é um sétimo da densidade do ar, daí, usaremos a seguinte expressão
Daí, somando a massa das pessoas no balão, teremos que a massa total do sistema será de .
Logo, observe que a força peso do sistema será
Passo 5
Note que teremos a força de flutuação atuando sobre o balão com componente pra cima, e a força peso atuando com componente para baixo. Como a força de flutuação é maior que a força peso, o balão irá subir, daí, a força resultante sobre o balão será
Lembre-se que força pode ser dada pela seguinte expressão
onde a é a aceleração do corpo, teremos então a aceleração do balão sendo
Resposta
A aceleração do balão após liberado será de 22,35 m/.