Questão 135 — ENEM 2023 PPL

Ficha da Questão

• Matérias necessárias: Física → Leis dos gases (PV = nRT) + Pressão atmosférica (cai com altitude) + Comportamento de gases reais x ideais.
• Nível: Médio — exige relacionar a queda da pressão externa (com a altitude) à expansão do gás interno (volume aumenta).
• Tema/Habilidade BNCC: comportamento dos gases em diferentes condições ambientais.
• Gabarito: A — volume.

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "À medida que um balão de hélio sobe na atmosfera, qual grandeza interna aumenta?"
• Palavras-chave decisivas: balão cheio de gás hélio, sobe até não ser mais visto em poucos minutos.
• Armadilha típica: marcar B (pressão) — a pressão interna do balão se iguala à pressão externa (balão flexível), que diminui com a altitude. Logo, pressão interna cai, não aumenta.
• Critério de acerto: lembrar PV = nRT. Com T aproximadamente constante (atmosfera baixa) e P caindo, V deve aumentar.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Pressão atmosférica: cai exponencialmente com altitude (aproximadamente metade da pressão a cada 5-6 km de altitude).
• Balões flexíveis: pressão interna ≈ pressão externa (o material pode deformar).
• Lei dos gases ideais: PV = nRT.
• Variáveis em jogo:

- n (mols de He): constante (o hélio não escapa rapidamente pela borracha/mylar em curto prazo).

- R: constante universal.

- T: razoavelmente constante nos primeiros km (ou ligeiramente decrescente com altitude; mas irrelevante em curto período).

- P: diminui com altitude.

- V: aumenta (expansão).

• Densidade: ρ = m/V. Com V aumentando e m constante, densidade cai.
• Massa molar: propriedade do gás (M_He = 4 g/mol), não muda.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: balão sobe (altitude aumenta) → pressão atmosférica diminui.
• Evidência 2: balão é flexível → pressão interna acompanha a externa → cai.
• Evidência 3: T aproximadamente constante em curto tempo.
• Síntese: aplicando PV = nRT, com P ↓ e T ≈ cte, V ↑ para manter o balanço.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Aplicar a lei dos gases ideais

$$

PV = nRT \quad \Rightarrow \quad V = \frac{nRT}{P}

$$

• Com n, R, T ≈ constantes: V ∝ 1/P.
• P diminui → V aumenta.

Subpasso 4.2 — Análise das outras variáveis

| Grandeza | Comportamento durante a subida |

|---|---|

| Volume (V) | AUMENTA ✓ |

| Pressão (P) | diminui (acompanha a atmosférica) |

| Densidade (ρ = m/V) | diminui (V aumenta, m constante) |

| Temperatura (T) | aprox. constante (pode diminuir um pouco) |

| Massa molar (M) | constante (não muda a identidade do gás) |

Subpasso 4.3 — Consequência prática

• O balão pode estourar quando V aumentar além da capacidade elástica do material.
• É exatamente o que acontece em balões meteorológicos na estratosfera: incham até explodir a ~30 km.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) volume. ✅ Correta.

Com P diminuindo e T aprox. constante, PV = nRT implica V aumentando. O balão incha.

B) pressão.

❌ Incorreta — inverte. Em balão flexível, P interna = P externa atmosférica, que diminui com a altitude.

C) densidade.

❌ Incorreta — inverte. ρ = m/V. Com m constante e V aumentando, ρ diminui.

D) temperatura.

❌ Incorreta. Na troposfera, T atmosférica diminui com altitude (~6,5 °C/km). O gás dentro do balão esfria ligeiramente, não aquece.

E) massa molar.

❌ Incorreta. Massa molar (M_He = 4 g/mol) é propriedade da substância; não depende de P, V, T.

🏆 Gabarito: A — volume.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação: PV = nRT. Com P ↓ e T ≈ cte, V ↑.
• Padrão de cobrança ENEM: leis dos gases com aplicações (balões, pneus, botijões) são clássicas. Chave = identificar qual variável está mudando e quais permanecem constantes.
• Generalização: Regra do balão flexível — a pressão interna segue a externa (não é isolada mecanicamente). Logo, o volume é quem varia conforme a altitude.
• Dica de eliminação: cortar alternativas que proponham propriedades imutáveis (massa molar) ou que invertam a relação (pressão aumentando, temperatura aumentando).
• Conexões: balão meteorológico, pneu em altas altitudes, embalagens de batata chips em aviões, lei de Boyle (isotérmica), equação barométrica, princípio de Arquimedes (empuxo do ar).