Exame Física e Química A 11.º Ano (2025, 2.ª Fase): Dinâmica do Dirigível

A Figura 7 apresenta um esquema simplificado de um dirigível, cheio de hélio, no seu movimento de subida e de descida.
Para o fazer subir ou descer, é bombeado ar atmosférico, mais denso que o hélio, para fora ou para dentro de bolsas que se encontram no seu interior.
Desta forma, varia a massa total do dirigível, mas, como o seu volume se mantém constante, a força de ascensão que nele atua, designada por impulsão, I, permanece constante durante todo o movimento.
Considere que o dirigível pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material) e que a resistência do ar é desprezável.
Numa outra situação, o dirigível sobe na vertical, com aceleração de módulo 0,10 m s⁻² e massa m constante.
Determine a massa de ar atmosférico, m_ar, em função da massa do dirigível, m, que é preciso introduzir nas bolsas do dirigível para que este passe a descer com uma aceleração de módulo 0,10 m s⁻².
Apresente todos os cálculos efetuados.

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes: • Obtém as expressões que relacionam I, P e Fᵣ, na subida e na descida (Fᵣ = I – P e Fᵣ = P – I, respetivamente) 4 pontos • Obtém a expressão (ma + mg = (m + m_ar) g – (m + m_ar)a) 4 pontos • Determina a massa de ar atmosférico, m_ar, em função da massa m do dirigível (m_ar = 0,021 m) 4 pontos