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CURIOSIDADES
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 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!
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!
Os objectos pesados caiem, mas os objectos leves flutuam
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 igual ao 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 pesava 1.300 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 peso do balão em si
O Princípio de Arquimedes explica também porque 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.
