PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 80 (CFS 1) da EEAR 2022

CFS 1 · Física: Empuxo e princípio de Arquimedes

– Durante o desembarque das tropas aliadas nas praias da Normandia no Dia D, balões padronizados eram preenchidos com gás hidrogênio e presos por cabos à superfície para proteger as tropas contra ataques dos caças inimigos. Entre os gases disponíveis, o gás hidrogênio possui a menor densidade e é igual a 0{,}09\text{ kg/m}^3, enquanto que o ar atmosférico possui densidade igual a 1{,}2\text{ kg/m}^3. Considere que o módulo da aceleração da gravidade é constante com a altitude, e a densidade do balão é definida exclusivamente pelo gás que o preenche. Entre os gases disponíveis, para um mesmo volume preenchido do balão e sem o cabo estar sob ação da força de tração, ________________________, utilizando gás hidrogênio.

Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do texto anterior.

  1. A
    o empuxo sobre o balão é menor
  2. B
    o empuxo sobre o balão é maior
  3. C
    a resultante entre a força-peso e o empuxo tem sentido para cima
  4. D
    a resultante entre a força-peso e o empuxo tem módulo igual a zero
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Resolução comentada

O empuxo é a força vertical para cima que o fluido exerce sobre o corpo, dada por E = \rho_{ar}\, V\, g. Ele depende da densidade do fluido deslocado (o ar) e do volume do balão, não do gás que o enche.

O texto diz que o volume é o mesmo para qualquer gás. Como o ar e g também não mudam, o empuxo é o mesmo com qualquer gás.

O peso depende do gás: P = \rho_{gás}\, V\, g.

  1. Empuxo: E = 1{,}2\,V g
  2. Peso com hidrogênio: P = 0{,}09\,V g
  3. Resultante: E - P = (1{,}2 - 0{,}09)\,V g = 1{,}11\,V g

Como E > P, a resultante é positiva, isto é, aponta para cima. Sem a tração do cabo, o balão sobe. Por isso ele precisa ser preso à superfície.

O hidrogênio é o gás mais leve, o que dá o menor peso e, portanto, a maior resultante para cima entre os gases disponíveis. O empuxo, porém, não muda.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa B engana ao atribuir ao hidrogênio um empuxo maior, quando o que muda com o gás é o peso, não o empuxo.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO empuxo depende da densidade do ar e do volume, que não mudam; não é menor com hidrogênio.
  • BO empuxo é igual para qualquer gás no mesmo volume; o que muda é o peso, que é menor.
  • DResultante nula exigiria densidade do gás igual à do ar, mas 0{,}09 < 1{,}2.

Assunto: Empuxo e princípio de Arquimedes.

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Fonte: EEAR 2022 · CFS 1. Prova oficial ↗