O que ocorrerá com o volume de um balão comum de borracha cheio de ar Se você Colocá

Quem é o mais pesado: 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão? A resposta é: o peso dos dois é igual, mas, se você colocá-los em uma balança, o chumbo parecerá ser o mais “pesado”.
 

O que são massa e peso?

Massa é uma grandeza física inerente aos corpos – ela mede a quantidade de matéria contida neles. A unidade de massa no Sistema Internacional de Unidades é o quilograma (kg).

Veja também: Sistema Internacional de Unidades

Peso é a força de atração gravitacional que duas massas exercem mutuamente entre si. Corpos com grandes massas, como planetas e estrelas, têm um grande campo gravitacional e, portanto, atraem com maior força outros corpos ao seu redor. Dois corpos idênticos em planetas diferentes sempre terão a mesma massa, mas o seu peso poderá ser diferente, de acordo com o valor da gravidade local.

Saiba também: Diferença entre massa e peso

O peso de um corpo de massa m, sujeito a uma aceleração gravitacional g, pode ser calculado pela seguinte equação:

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Portanto, um objeto de 1 kg de massa no campo gravitacional terrestre, que é de aproximadamente 9,8 m/s², tem um peso igual a 9,8 N:
 

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Quem é o mais pesado?

Afinal de contas, se os pesos de 1 kg de chumbo e algodão são iguais, por que as balanças podem indicar que o algodão é mais leve?

Isso acontece porque as balanças não medem diretamente o peso dos corpos, mas sim a reação à compressão, chamada de força normal.

Leia também: O que é força normal?

Se, ao subir na balança, alguém se apoiar sobre você, fazendo uma força para baixo, ela indicará uma massa maior. Porém, o aumento indicado pela balança não está relacionado a um aumento de massa, e sim ao aumento da força de compressão feita sobre ela.

De forma similar, quando colocamos 1 kg de algodão em cima de uma balança, ela mede uma força de compressão menor que aquela exercida por 1 kg de chumbo.Isso ocorre porque todos os corpos que se encontram dentro de um fluido como a água ou o ar atmosférico estão sujeitos a uma força vertical, que aponta para cima, denominada empuxo.

Veja também: O que é empuxo?

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O empuxo surge sobre os corpos que ocupam espaço dentro de um fluido em decorrência da diferença de pressão (atmosférica ou hidrostática). A pressão, por sua vez, está intimamente relacionada à altura: quanto maior a profundidade, maior será a influência da pressão exercida sobre o corpo – logo, as porções mais baixas de um corpo sofrem uma pressão maior. Se a resultante das forças que atuam sobre o corpo apontar para cima, ele flutuará, assim como acontece com as bolhas de gás em um refrigerante ou com um balão de ar quente.

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Pressão sobre as partes mais baixas do corpo é maior que a pressão superior, fazendo com que ele flutue

O empuxo é uma grandeza vetorialque depende da densidade do fluido, da gravidade local e do volume de fluido deslocado, podendo ser calculada pela equação abaixo:
 

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A resultante das forças peso e empuxo é chamada de peso aparente. É graças a essa força resultante que as coisas parecem mais leves do que realmente são quando estão dentro da água, por exemplo. Quanto maior for o volume do corpo, menor será o seu peso aparente, e é justamente por isso que o algodão terá na balança uma medida levemente menor que o chumbo. Para ter a mesma massa que o chumbo, o algodão ocupa um volume muito maior, já que sua densidade é baixa. Com isso, o empuxo sobre ele é muito mais significativo do que aquele exercido sobre o chumbo.

Veja também: Segunda lei de Newton
 

Calculando o empuxo sobre o algodão

Vamos calcular o peso aparente de 1 kg de algodão, considerando que: essa massa de algodão ocupe um volume de 4,3 litros (4,3.10-3 m³), a densidade do ar seja de aproximadamente 1,29 kg/m³ e a gravidade local seja de 9,8 m/s²:
 

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Como o peso aparente de 1 kg de algodão é de 9,74 N, a balança indicaria uma massa de 994,4 g de algodão.

Já que é muito denso, o chumbo ocupa um volume muito menor – por isso o empuxo atmosférico sobre ele é quase desprezível e dificilmente medido por balanças convencionais, que têm baixa precisão.

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Por que o balão diminui? A temperatura no interior da geladeira é menor que a do lado externo, desta forma o gás contido no balão é resfriado até que passe a ocupar um volume menor. Neste instante a energia calorífica da matéria passa a ser nula.

O que aconteceu com o ar que estava dentro do balão?

Quando o ar é bombeado para dentro do balão, acaba ocupando um volume um pouco menor do que no interior da seringa e da bomba, pois a pressão no interior do balão é levemente maior do que a pressão atmosférica (no máximo cerca de 4% superior à pressão atmosférica).

Porque o balão estoura quando está cheio de ar?

A bexiga cheia tem altas pressão interna e energia elástica (que faz com que ela volte a ficar murcha). Ao abrir uma fresta na boca da bexiga, o ar sai aos poucos e a energia é liberada suavemente. Já quando espetamos uma agulha, a energia é liberada toda de uma vez! Assim, o furo inicial […]

Como varia o volume de ar dentro do balão em relação a temperatura Porquê?

Agora, se colocarmos em uma vasilha com água quente, o balão irá encher. Isso acontece porque quando a temperatura aumenta, a energia cinética das moléculas do gás fica maior e a velocidade com que elas se movimentam também aumenta. Assim, o gás se expande, aumentando o volume por ele ocupado, e o balão infla.