Ano 2024#physics

Sobre o tema

A lei dos gases ideais é uma ferramenta fundamental na física atmosférica, relacionando pressão, volume, temperatura e quantidade de substância. No contexto da reentrada atmosférica de naves espaciais, o ar rarefeito das altas camadas exibe comportamento próximo ao de um gás perfeito. Compreender essa relação permite calcular propriedades como o volume molar, essencial para prever condições de voo. A equação de estado dos gases ideais (pV = nRT) é aplicada neste problema para determinar o volume ocupado por um mol de ar a baixíssima pressão (2,0 Pa) e temperatura (180 K), típicas da alta atmosfera terrestre. O cálculo ilustra como grandezas macroscópicas se relacionam e fornece subsídios para engenharia aeroespacial.

Tópicos relacionados

  • Lei dos gases ideais (pV = nRT)
  • Cálculo de volume molar
  • Condições atmosféricas na reentrada
  • Constante universal dos gases perfeitos
  • Aplicações em física aeroespacial

Enunciado

Use os valores aproximados: g = 10 m/s^2 e π = 3.
Uma das etapas mais difíceis de um voo espacial tripulado é a
reentrada na atmosfera terrestre. Ao reencontrar as camadas
mais altas da atmosfera, a nave sofre forte desaceleração e sua
temperatura externa atinge milhares de graus Celsius. Caso a
reentrada não ocorra dentro das condições apropriadas, há risco de graves danos à nave, inclusive de explosão, e até mesmo
risco de ela ser lançada de volta ao espaço.
O ar atmosférico comporta-se como um gás perfeito. Sendo a
pressão e a temperatura do ar, numa determinada posição da
alta atmosfera, dadas por p = 2,0 Pa e T = 180 K (sem a presen-
ça da cápsula na vizinhança), e sendo a constante universal dos
gases perfeitos R ≈ 8 J/mol.K, qual é o volume ocupado por
um mol de ar naquela posição?

Alternativas

  • A)

    1,38 x 10^-3 m^3.

  • B)

    9,00 x 10^1 m^3.

  • C)

    7,20 x 10^2 m^3.

  • D)

    2,88 x 10^3 m^3.

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Perguntas frequentes

O que é a lei dos gases ideais?

É uma equação de estado que relaciona pressão (p), volume (V), quantidade de substância (n) e temperatura (T) de um gás ideal, expressa como pV = nRT, onde R é a constante universal dos gases.

Por que o ar na alta atmosfera pode ser tratado como gás ideal?

Em baixas pressões e temperaturas moderadas, as moléculas de gás estão suficientemente separadas, minimizando interações intermoleculares, o que torna o comportamento próximo do ideal.

Qual é a importância do volume molar em problemas de reentrada atmosférica?

O volume molar ajuda a estimar a densidade do ar, fator crítico para calcular forças de arrasto e aquecimento aerodinâmico durante a reentrada de uma nave espacial.

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