Para resolver essa questão, precisamos entender o conceito de empuxo e como ele se relaciona com a densidade do ar e a altura. 1. O balão tem um volume constante e uma massa m, o que significa que ele tem um peso constante. 2. O empuxo que o balão experimenta é igual ao peso do ar deslocado por ele, que depende da densidade do ar. 3. À medida que o balão sobe, a densidade do ar diminui, o que resulta em uma diminuição do empuxo. 4. O balão continuará a subir até que o empuxo se iguale ao seu peso. Nesse ponto, ele atingirá uma altura de equilíbrio. Agora, analisando as alternativas: a) O balão subirá, mantendo-se em torno de uma altura onde o empuxo sobre ele é igual ao seu peso. - Esta opção está correta, pois descreve o ponto de equilíbrio. b) O balão subirá indefinidamente até escapar da atmosfera terrestre, em razão do aumento do empuxo sobre ele à medida que sobe. - Incorreta, pois o empuxo não aumenta indefinidamente. c) O balão subirá até uma determinada altura e voltará a descer até a posição inicial, devido à ação da gravidade. - Incorreta, pois o balão não descerá se o empuxo igualar seu peso. d) O balão subirá até uma determinada altura e voltará a descer até a posição inicial, em razão da variação do empuxo à medida que se move no ar. - Incorreta, pois o balão não descerá se o empuxo igualar seu peso. e) O balão subirá indefinidamente até escapar da atmosfera terrestre, em razão da não variação do empuxo sobre ele à medida que sobe. - Incorreta, pois o empuxo varia com a densidade do ar. Portanto, a alternativa correta é: a) O balão subirá, mantendo-se em torno de uma altura onde o empuxo sobre ele é igual ao seu peso.