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Teoria do balão

Um balão cheio de ar quente consegue levantar voo, mas como é que isso funciona exactamente?




O peso do ar

O ar é composto por uma quantidade de gases cujo peso depende da temperatura e da pressão atmosférica. Por isso, o peso é sempre determinado a partir de uma temperatura padrão(atmosfera a zero vírgula um graus Celsius).

O ar é constituído por cerca de 80 por cento de azoto e cerca de 20 por cento de oxigénio. Numa atmosfera a zero vírgula um graus Celsius, um litro de ar pesa aproximadamente 1,3 gramas, enquanto que um litro de água pesa um quilo (1000 gramas). Imagine  que  tem  um  enorme  balão  elástico,  em  forma  de  cubo,  com exactamente  1  metro  cúbico.

No  interior  do  balão  encontram-se exactamente  1.000  litros  de  ar  com  uma  temperatura  idêntica  à  do  ar  noexterior do balão. O peso desses 1.000 litros de ar no interior do balão é de 1.300 gramas.
O ar é composto por uma quantidade de gases cujo peso depende da temperatura e da pressão atmosférica. Por isso, o peso é sempre determinado a partir de uma temperatura padrão(atmosfera a zero vírgula um graus Celsius).

O ar é constituído por cerca de 80 por cento de azoto e cerca de 20 por cento de oxigénio. Numa atmosfera a zero vírgula um graus Celsius, um litro de ar pesa aproximadamente 1,3 gramas, enquanto que um litro de água pesa um quilo (1000 gramas). Imagine  que  tem  um  enorme  balão  elástico,  em  forma  de  cubo,  com exactamente  1  metro  cúbico.

No  interior  do  balão  encontram-se exactamente  1.000  litros  de  ar  com  uma  temperatura  idêntica  à  do  ar  noexterior do balão. O peso desses 1.000 litros de ar no interior do balão é de 1.300 gramas.
O ar é composto por uma quantidade de gases cujo peso depende da temperatura e da pressão atmosférica. Por isso, o peso é sempre determinado a partir de uma temperatura padrão(atmosfera a zero vírgula um graus Celsius).

O ar é constituído por cerca de 80 por cento de azoto e cerca de 20 por cento de oxigénio. Numa atmosfera a zero vírgula um graus Celsius, um litro de ar pesa aproximadamente 1,3 gramas, enquanto que um litro de água pesa um quilo (1000 gramas). Imagine  que  tem  um  enorme  balão  elástico,  em  forma  de  cubo,  com exactamente  1  metro  cúbico.

No  interior  do  balão  encontram-se exactamente  1.000  litros  de  ar  com  uma  temperatura  idêntica  à  do  ar  noexterior do balão. O peso desses 1.000 litros de ar no interior do balão é de 1.300 gramas.

O ar quente dilata

Os gases existentes no ar (azoto e oxigénio) são constituídos por moléculas.

Essas moléculas estão em movimento permanente e a velocidade a que elas se  movimentam depende da temperatura da quantidade de gás, entre outros factores.

Quando a temperatura aumenta, as moléculas movimentam-se  mais rapidamente, chocando umas contra as outras e também contra todos os objectos que se  encontram  próximos.

Uma molécula que choca contra um objecto a uma velocidade baixa exerce uma pequena força sobre esse objecto, mas quando uma molécula choca contra esse mesmo objecto a uma velocidade superior, vai exercer igualmente uma força superior sobre esse mesmo objecto.

No interior do balão, existem moléculas em constante movimento contra as paredes  do  mesmo.  Quanto  mais  depressa  as  moléculas  se  movimentam, maior  é  a  força  com  que  elas  chocam  contra  as  paredes  do  balão  e, consequentemente, maior é a força que elas exercem sobre essas paredes. Visto  que  as  paredes  do  balão  são  elásticas,  este  dilata  com  o  aumento  da força do ar.

Experimente você mesmo:
Encha de ar um balão normal e dê um nó com força. Meça agora, com uma fita métrica, o perímetro do balão e registe o valor.Pode ainda desenhar, com um lápis, uma linha à volta do balão, para que o possa voltar a medir no mesmo local. Depois, coloque o balão ao sol. Por influência da luz do sol, o ar tornar-se-á mais quente e o balão dilatar-se-á.

Passado  algum  tempo,  ao  voltar  a  medir  o  balão,  descobrirá  que  o  balão está  maior  do  que  quando  estava  frio.  Poderá  aperceber-se  deste  fenómeno, observando o balão durante o seu aquecimento.

É possível que, ao dilatar-se, o balão rebente!
Os gases existentes no ar (azoto e oxigénio) são constituídos por moléculas.

Essas moléculas estão em movimento permanente e a velocidade a que elas se  movimentam depende da temperatura da quantidade de gás, entre outros factores.

Quando a temperatura aumenta, as moléculas movimentam-se  mais rapidamente, chocando umas contra as outras e também contra todos os objectos que se  encontram  próximos.

Uma molécula que choca contra um objecto a uma velocidade baixa exerce uma pequena força sobre esse objecto, mas quando uma molécula choca contra esse mesmo objecto a uma velocidade superior, vai exercer igualmente uma força superior sobre esse mesmo objecto.

No interior do balão, existem moléculas em constante movimento contra as paredes  do  mesmo.  Quanto  mais  depressa  as  moléculas  se  movimentam, maior  é  a  força  com  que  elas  chocam  contra  as  paredes  do  balão  e, consequentemente, maior é a força que elas exercem sobre essas paredes. Visto  que  as  paredes  do  balão  são  elásticas,  este  dilata  com  o  aumento  da força do ar.

Experimente você mesmo:
Encha de ar um balão normal e dê um nó com força. Meça agora, com uma fita métrica, o perímetro do balão e registe o valor.Pode ainda desenhar, com um lápis, uma linha à volta do balão, para que o possa voltar a medir no mesmo local. Depois, coloque o balão ao sol. Por influência da luz do sol, o ar tornar-se-á mais quente e o balão dilatar-se-á.

Passado  algum  tempo,  ao  voltar  a  medir  o  balão,  descobrirá  que  o  balão está  maior  do  que  quando  estava  frio.  Poderá  aperceber-se  deste  fenómeno, observando o balão durante o seu aquecimento.

É possível que, ao dilatar-se, o balão rebente!
Os gases existentes no ar (azoto e oxigénio) são constituídos por moléculas.

Essas moléculas estão em movimento permanente e a velocidade a que elas se  movimentam depende da temperatura da quantidade de gás, entre outros factores.

Quando a temperatura aumenta, as moléculas movimentam-se  mais rapidamente, chocando umas contra as outras e também contra todos os objectos que se  encontram  próximos.

Uma molécula que choca contra um objecto a uma velocidade baixa exerce uma pequena força sobre esse objecto, mas quando uma molécula choca contra esse mesmo objecto a uma velocidade superior, vai exercer igualmente uma força superior sobre esse mesmo objecto.

No interior do balão, existem moléculas em constante movimento contra as paredes  do  mesmo.  Quanto  mais  depressa  as  moléculas  se  movimentam, maior  é  a  força  com  que  elas  chocam  contra  as  paredes  do  balão  e, consequentemente, maior é a força que elas exercem sobre essas paredes. Visto  que  as  paredes  do  balão  são  elásticas,  este  dilata  com  o  aumento  da força do ar.

Experimente você mesmo:
Encha de ar um balão normal e dê um nó com força. Meça agora, com uma fita métrica, o perímetro do balão e registe o valor.Pode ainda desenhar, com um lápis, uma linha à volta do balão, para que o possa voltar a medir no mesmo local. Depois, coloque o balão ao sol. Por influência da luz do sol, o ar tornar-se-á mais quente e o balão dilatar-se-á.

Passado  algum  tempo,  ao  voltar  a  medir  o  balão,  descobrirá  que  o  balão está  maior  do  que  quando  estava  frio.  Poderá  aperceber-se  deste  fenómeno, observando o balão durante o seu aquecimento.

É possível que, ao dilatar-se, o balão rebente!

Menos ar é sinónimo de menos peso

Com o aquecimento do ar no seu interior, o balão dilata-se.
Antes  do aquecimento, o volume do balão era de 1000 litros, mas após o aquecimento este valor aumentou 10%. Assim, a mesma quantidade de ar aumentou o seu volume para 1.100 litros.
No entanto, o peso desta quantidade de ar continua a ser 1.300 gramas.

Poderá ainda observar um outro fenómeno.

No espaço que continha anteriormente 1.300 gramas de ar, existe agora menos peso, visto que a dilatação aumentou o volume do ar em 10%.
Em vez de 1.300 gramas em 1.000 litros, registam-se agora 1.300 gramas em 1.100 litros.

Mediante o cálculo tendo por base 1.000 litros, verificamos que o peso diminuiu(1.000/1.100 = ) 0,909 vezes, ou seja, passou a ser (1.300 * 0,909 = ) 1.182 gramas (aproximadamente).
Assim, o peso sofreu uma diminuição de aproximadamente 118 gramas!
Com o aquecimento do ar no seu interior, o balão dilata-se.
Antes  do aquecimento, o volume do balão era de 1000 litros, mas após o aquecimento este valor aumentou 10%. Assim, a mesma quantidade de ar aumentou o seu volume para 1.100 litros.
No entanto, o peso desta quantidade de ar continua a ser 1.300 gramas.

Poderá ainda observar um outro fenómeno.

No espaço que continha anteriormente 1.300 gramas de ar, existe agora menos peso, visto que a dilatação aumentou o volume do ar em 10%.
Em vez de 1.300 gramas em 1.000 litros, registam-se agora 1.300 gramas em 1.100 litros.

Mediante o cálculo tendo por base 1.000 litros, verificamos que o peso diminuiu(1.000/1.100 = ) 0,909 vezes, ou seja, passou a ser (1.300 * 0,909 = ) 1.182 gramas (aproximadamente).
Assim, o peso sofreu uma diminuição de aproximadamente 118 gramas!
Com o aquecimento do ar no seu interior, o balão dilata-se.
Antes  do aquecimento, o volume do balão era de 1000 litros, mas após o aquecimento este valor aumentou 10%. Assim, a mesma quantidade de ar aumentou o seu volume para 1.100 litros.
No entanto, o peso desta quantidade de ar continua a ser 1.300 gramas.

Poderá ainda observar um outro fenómeno.

No espaço que continha anteriormente 1.300 gramas de ar, existe agora menos peso, visto que a dilatação aumentou o volume do ar em 10%.
Em vez de 1.300 gramas em 1.000 litros, registam-se agora 1.300 gramas em 1.100 litros.

Mediante o cálculo tendo por base 1.000 litros, verificamos que o peso diminuiu(1.000/1.100 = ) 0,909 vezes, ou seja, passou a ser (1.300 * 0,909 = ) 1.182 gramas (aproximadamente).
Assim, o peso sofreu uma diminuição de aproximadamente 118 gramas!

Os objectos pesados caiem, mas os objectos leves flutuam

A força da gravidade atrai todos os objectos.

O ar no interior do balão pesa 1.300 gramas e por isso é puxado para baixo, em direcção ao solo, pela força da gravidade.  O ar em redor do balão também sofre a acção da gravidade.

Tal como anteriormente explicado, o ar aquecido no interior do balão é mais leve  do  que  o  ar  frio  que  o  envolve.  Assim,  o  ar  aquecido  é  impulsionado para cima, relativamente ao ar frio.

Agora é uma questão de comparação: se a  força  com  a  qual  o  ar  aquecido  é  impulsionado  para  cima  for  superior à força  da  gravidade  que  atrai  o  balão  para  baixo,  então  poderá  sentir  a subjugação  da  força  da  gravidade  à  força  do  ar  quente  à  medida  que  este sobe em direcção ao céu.
A força da gravidade atrai todos os objectos.

O ar no interior do balão pesa 1.300 gramas e por isso é puxado para baixo, em direcção ao solo, pela força da gravidade.  O ar em redor do balão também sofre a acção da gravidade.

Tal como anteriormente explicado, o ar aquecido no interior do balão é mais leve  do  que  o  ar  frio  que  o  envolve.  Assim,  o  ar  aquecido  é  impulsionado para cima, relativamente ao ar frio.

Agora é uma questão de comparação: se a  força  com  a  qual  o  ar  aquecido  é  impulsionado  para  cima  for  superior à força  da  gravidade  que  atrai  o  balão  para  baixo,  então  poderá  sentir  a subjugação  da  força  da  gravidade  à  força  do  ar  quente  à  medida  que  este sobe em direcção ao céu.
A força da gravidade atrai todos os objectos.

O ar no interior do balão pesa 1.300 gramas e por isso é puxado para baixo, em direcção ao solo, pela força da gravidade.  O ar em redor do balão também sofre a acção da gravidade.

Tal como anteriormente explicado, o ar aquecido no interior do balão é mais leve  do  que  o  ar  frio  que  o  envolve.  Assim,  o  ar  aquecido  é  impulsionado para cima, relativamente ao ar frio.

Agora é uma questão de comparação: se a  força  com  a  qual  o  ar  aquecido  é  impulsionado  para  cima  for  superior à força  da  gravidade  que  atrai  o  balão  para  baixo,  então  poderá  sentir  a subjugação  da  força  da  gravidade  à  força  do  ar  quente  à  medida  que  este sobe em direcção ao céu.

De onde vem a força de impulsão?

O que é que faz com que o balão suba, quando ele está mais leve do que o ar   envolvente?

A   explicação   encontra-se   no   Princípio   de   Arquimedes. Arquimedes  foi  um  sábio  do  início  da  nossa  era  que  descobriu  o  princípio por  detrás  destes  fenómenos.  A  força  de  impulsão  de  cada  objecto  é  igualao peso da matéria (neste caso o ar) que vai ser substituída por esse mesmo objecto. Por outras palavras: o ar que antes estava no lugar do balão pesava1.300 gramas. O balão com o ar aquecido passou a substituir esse ar. Assim, existe uma força de impulsão de 1.300 gramas na sequência da substituição do ar frio pelo balão com o ar quente.

O  Princípio  de  Arquimedes  explica  também  porque  é  uma  bola  de  futebol flutua na água:
Se  mergulharmos  debaixo  de  água  uma  bola  de  plástico  com  5  litros  de ar,  esta irá substituir 5 litros de água.  
5 litros de água pesam 5.000 gramas.
Segundo  o  Princípio  de  Arquimedes,  esta  substituição  origina  uma  força  de impulsão de 5.000 gramas.

A  bola  e  o  ar  no  seu  interior  têm,  naturalmente,  um  peso  conjunto, nomeadamente cerca de 500 gramas da bola e 5 litros de ar, de 1,3 gramas cada litro, o que perfaz 506,5 gramas. Visto  que  uma  força  de  impulsão  de  5.000  gramas  é  consideravelmente superior ao peso da bola, esta subirá até à superfície da água.
O que é que faz com que o balão suba, quando ele está mais leve do que o ar   envolvente?

A   explicação   encontra-se   no   Princípio   de   Arquimedes. Arquimedes  foi  um  sábio  do  início  da  nossa  era  que  descobriu  o  princípio por  detrás  destes  fenómenos.  A  força  de  impulsão  de  cada  objecto  é  igualao peso da matéria (neste caso o ar) que vai ser substituída por esse mesmo objecto. Por outras palavras: o ar que antes estava no lugar do balão pesava1.300 gramas. O balão com o ar aquecido passou a substituir esse ar. Assim, existe uma força de impulsão de 1.300 gramas na sequência da substituição do ar frio pelo balão com o ar quente.

O  Princípio  de  Arquimedes  explica  também  porque  é  uma  bola  de  futebol flutua na água:
Se  mergulharmos  debaixo  de  água  uma  bola  de  plástico  com  5  litros  de ar,  esta irá substituir 5 litros de água.  
5 litros de água pesam 5.000 gramas.
Segundo  o  Princípio  de  Arquimedes,  esta  substituição  origina  uma  força  de impulsão de 5.000 gramas.

A  bola  e  o  ar  no  seu  interior  têm,  naturalmente,  um  peso  conjunto, nomeadamente cerca de 500 gramas da bola e 5 litros de ar, de 1,3 gramas cada litro, o que perfaz 506,5 gramas. Visto  que  uma  força  de  impulsão  de  5.000  gramas  é  consideravelmente superior ao peso da bola, esta subirá até à superfície da água.
O que é que faz com que o balão suba, quando ele está mais leve do que o ar   envolvente?

A   explicação   encontra-se   no   Princípio   de   Arquimedes. Arquimedes  foi  um  sábio  do  início  da  nossa  era  que  descobriu  o  princípio por  detrás  destes  fenómenos.  A  força  de  impulsão  de  cada  objecto  é  igualao peso da matéria (neste caso o ar) que vai ser substituída por esse mesmo objecto. Por outras palavras: o ar que antes estava no lugar do balão pesava1.300 gramas. O balão com o ar aquecido passou a substituir esse ar. Assim, existe uma força de impulsão de 1.300 gramas na sequência da substituição do ar frio pelo balão com o ar quente.

O  Princípio  de  Arquimedes  explica  também  porque  é  uma  bola  de  futebol flutua na água:
Se  mergulharmos  debaixo  de  água  uma  bola  de  plástico  com  5  litros  de ar,  esta irá substituir 5 litros de água.  
5 litros de água pesam 5.000 gramas.
Segundo  o  Princípio  de  Arquimedes,  esta  substituição  origina  uma  força  de impulsão de 5.000 gramas.

A  bola  e  o  ar  no  seu  interior  têm,  naturalmente,  um  peso  conjunto, nomeadamente cerca de 500 gramas da bola e 5 litros de ar, de 1,3 gramas cada litro, o que perfaz 506,5 gramas. Visto  que  uma  força  de  impulsão  de  5.000  gramas  é  consideravelmente superior ao peso da bola, esta subirá até à superfície da água.

O peso do balão em si

A estrutura do balão tem naturalmente um peso próprio, por mais insignificante que seja.

Este peso do balão deve ser adicionado ao peso do ar no seu interior.

Se o peso de ambos for inferior à força de impulsão originada pela substituição do ar, então o balão subirá.
A estrutura do balão tem naturalmente um peso próprio, por mais insignificante que seja.

Este peso do balão deve ser adicionado ao peso do ar no seu interior.

Se o peso de ambos for inferior à força de impulsão originada pela substituição do ar, então o balão subirá.
A estrutura do balão tem naturalmente um peso próprio, por mais insignificante que seja.

Este peso do balão deve ser adicionado ao peso do ar no seu interior.

Se o peso de ambos for inferior à força de impulsão originada pela substituição do ar, então o balão subirá.


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